Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Июля 2014 в 13:49, лекция
В предлагаемых рекомендациях излагаются основные требования действующих норма-тивных документов, предъявляемые к молниезащите объектов третьей категории и выбору способа молниезащиты в каждом конкретном случае с учетом оптимального решения.
Приводится краткое описание физических процессов, связанных с обеспечением защиты от пораже-ния молнией, а также рекомендации по возможным способам выполнения защиты от прямых ударов молнии в защищаемый объект.
2) Деревянные конструкции молниеотводов, устанавливаемые на защищаемом доме, выполняются из пиломатериалов хвойных пород дерева. Древесина, используемая для этих целей, должна быть обязательно воздушно-сухой сушки.
Конструкции выполняются в виде стоек, которые служат соответственно для закрепления на них молниеприемников и токоотводов. Площадь поперечного сечения стоек определяется расчетом в соответствии с конкретными расчетными нагрузками, однако не должна быть менее 150 мм2. При установке непосредственно на кровле стойка закрепляется так, чтобы в процессе эксплуатации обеспечивалась стабильность ее положения и исключалось протекание крыши в месте установки стойки.
3) Железобетонные конструкции отдельно стоящих молниеотводов обладают высокими технико-экономическими показателями, просты в монтаже, долговечны и надежны в эксплуатации. Железобетонные конструкции стоек молниеотводов могут быть выполнены с предварительным напряжением арматуры или с ненапряженной арматурой; из вибрированного или центрифугированного бетона; прямоугольного или круглого (полого или сплошного) поперечного сечения.
Обычно в качестве несущих конструкций для этого типа молниеотводов служат типовые унифицированные железобетонные опоры, изготавливаемые на специализированных предприятиях для нужд энергетического строительства. Наиболее удобными для изготовления молниеотводов являются железобетонные стойки опор линий электропередачи, контактной сети электрифицированного транспорта или уличного освещения городов.
На рис. 14 показаны общие виды железобетонных стоек молниеотводов, выполненных из вибрированного и центрифугированного бетона. В качестве несущих конструкций этих молниеотводов использованы железобетонные стойки опор линий электропередачи.
Рисунок 14. Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных стойках опор воздушных линий электропередачи:
а) на стойке СВ 10.5-3.5; б) на стойке СВ 164-3-5; в) на стойке СК 22.1-1.
4) Металлические конструкции молниеотводов могут выполняться либо отдельно стоящими, либо установленными на защищаемом сооружении. При этом первые служат для закрепления на них как стержневых, так и тросовых молниеприемников; вторые - только стержневых молниеприемников.
Отдельно стоящие металлические конструкции молниеотводов используются при защите коттеджей в тех случаях, когда применение деревянных или железобетонных молниеотводов невозможно, технически или эстетически нецелесообразно, а также когда с их помощью невозможно обеспечить надежную защиту коттеджа значительных размеров*. Металлоконструкции (особенно в виде пространственной фермы) способны воспринимать значительные механические усилия от воздействия ветра и тяжения тросовых молниеприемников, что выгодно отличает их от конструкций, выполненных из дерева или железобетона. Металлические конструкции молниеотводов применяются при защите высоких коттеджей, когда требуемая высота молниеотводов составляет более 20 - 30 м, или в случаях, когда металлическая конструкция создает более приемлемый архитектурный вид.
* См. рис. 3.1 Приложения III.
Как показывает опыт проектирования и сооружения устройств молниезащиты промышленных сооружений, наибольшая оптимальная высота несущих конструкций отдельно стоящих молниеотводов (тросовых и стержневых) составляет порядка 45 - 50 м, жилых домов - до 30 м.
Для изготовления несущих конструкций применяется прокатная сталь в основном углового профиля. В ряде случаев для этих целей, как местный материал, используются стальные, бывшие в употреблении некондиционные трубы.
При необходимости применения отдельно стоящих стержневых молниеотводов такой высоты необходимо обращаться за их проектом в специализированную проектную организацию.
Для защиты металла от коррозии вся конструкция молниеотвода (за исключением контактных поверхностей) покрывается антикоррозийным лаком № 177 в два слоя с добавлением в верхний слой лака около 20 % алюминиевой пудры.
Несущие конструкции молниеотводов могут выполняться в виде пространственной фермы или телескопического устройства, состоящего из стальных труб различного диаметра. Наиболее распространенной конструкцией является пространственная ферма, собранная из угловой стали и состоящая из отдельных сварных секций, соединенных между собой при помощи болтов.
Наибольший интерес среди применяемых в последнее время конструкций представляют несущие конструкции стержневых и тросовых молниеотводов, разработанные институтом «Тяжпромэлектропроект» (см. рис. 15).
Металлические фермы этих молниеотводов комплектуются из отдельных пятиметровых секций. Минимальная высота стержневого молниеотвода составляет 10 м (2 секции), тросового - 15 м (3 секции); максимальная высота молниеотвода - 50 м.
Основаниями металлических молниеотводов служат сборные железобетонные фундаменты, используемые для сооружения линий электропередачи с металлическими опорами.
Металлические конструкции, устанавливаемые на защищаемом доме, предназначенные для закрепления молниеотводов высотой до 10 м, подразделяются на два основных типа: настенные и кровельные.
Настенные конструкции выполняются, как правило, в виде кронштейнов, отдельные детали которых изготавливаются из угловой или листовой стали. Закрепление молниеотвода на кронштейне осуществляется при помощи специальных хомутов или скоб.
Для установки стержневых молниеотводов на кровле здания используются оттяжки, изготовляемые, как правило, из угловой стали. При этом количество оттяжек принимается не менее трех, а угол смещения их по отношению друг к другу не менее 120°. Одним концом оттяжки прикрепляются при помощи болтов к кровле, а другим - к фланцу, установленному на молниеотводе, на расстоянии не менее 1/5 высоты молниеотвода. Основание молниеотвода снабжается специальным опорным устройством в виде фланца с ребрами жесткости, закрепляемым на кровле с помощью болтов.
Рисунок 15. Металлические стержневые молниеотводы: СМ-15, СМ-20, СМ-25
Защита металла настенных и кровельных конструкций от коррозии осуществляется аналогично несущим конструкциям отдельно стоящих металлических молниеотводов.
Пример установки молниеотвода на кровле дома приведен на рис. 16.
Рисунок 16. Крепление стержневых молниеотводов h = 5 - 10 м на бетонной кровле:
1 - кровля; 2 - молниеотвод; 3 - оттяжка из угловой стали; 4 - опора; 5 - фланец; 6 - токоотвод.
Накопленный опыт проектирования и эксплуатации молниезащитных устройств и экспериментальные работы, подтвержденные результатами фактических измерений, позволяют сделать выводы и рекомендовать оптимальные типы заземлителей.
1) В грунтах, имеющих небольшую величину расчетного удельного сопротивления (ρ < 300 Ом · м), наиболее целесообразны сосредоточенные вертикальные заземлители длиной 2,5 - 3 м, эффективно отводящие токи молнии (рис. 17).
При высокой проводимости нижних слоев грунта рекомендуется применение удлиненных электродов (l = 4 - 6 м). При высокой проводимости верхнего слоя грунта следует применять протяженные заземлители длиной не более 10 м, так как дальнейшее увеличение длины лучей при указанных характеристиках грунта практически не приводит к снижению импульсных сопротивлений растекания тока.
Рисунок 17. Сосредоточенный вертикальный заземлитель:
а) одностержневой; б) двухстержневой.
2) В грунтах с расчетным удельным сопротивлением ρ ≥ 400 - 700 Ом · м оптимальным является комбинированный тип заземляющего устройства, например двух-трехлучевой тип с вертикальными электродами длиной 2,5 - 3 м (рис. 18). Наряду с лучевым расположением электродов большое распространение имеют комбинированные заземлители, выполненные в виде контура (квадрат, прямоугольник, кольцо), охватывающего защищаемый объект. При выполнении комбинированных заземлителей необходимо учитывать отрицательный эффект взаимного экранирования электродов. Поэтому не рекомендуются многолучевые заземлители с близким расположением вертикальных электродов друг от друга (менее двойной длины электродов).
Рисунок 18. Комбинированный трехлучевой заземлитель
3) В грунтах с высоким удельным сопротивлением (ρ ≥ 800 Ом · м) предпочтительнее применять лучевые заземлители с длиной элементов 20 - 40 м. В отдельных случаях могут быть использованы протяженные заземлители кольцевой формы.
Элементы заземляющих устройств выполняются в основном из круглой, полосовой и уголковой стали. Допускается изготовление вертикальных электродов из некондиционных или бывших в употреблении (демонтированных) газовых и водопроводных труб. Наиболее ходовым сортаментом стали для изготовления электродов являются: полосовая сталь шириной 40 мм и толщиной 4 мм, угловая сталь с шириной полки 40 мм, круглая сталь диаметром 12 - 16 мм, трубы с наружным диаметром 40 - 60 мм.
Наиболее радикальным средством защиты заземлителей от коррозии является оцинковка электродов. Необходимо помнить, что покраска и покрытие элементов заземлителя лаками или битумом резко снижают эффект растекания тока и поэтому категорически запрещается. Минимальные размеры (сечение) элементов заземлителей приводятся ниже:
полосовая и угловая сталь - сечение 48 мм2, толщина 4 мм;
трубы - толщина стенки 3,5 мм; круглая сталь - диаметр 10 мм.
Соединение электродов в единую заземляющую систему должно осуществляться, как правило, сваркой. Длина сварного шва должна составлять не менее двойной ширины свариваемых полос и не менее шестикратного диаметра электродов из круглой стали. В ряде случаев (для возможности производства замеров) соединение заземлителя с токоотводом может производиться при помощи зажимов или болтов; при этом количество болтов должно быть не менее двух.
После окончания монтажа комплекса молниезащиты необходимо выполнить замеры сопротивления заземляющего устройства и сопоставить их с данными проекта. Замеры необходимо повторять в процессе эксплуатации в наиболее неблагоприятные дни грозового периода (сухое состояние почвы). Измерение сопротивления заземления выполняется специалистом.
Защитные функции молниеотводов различных конструкций, как отмечалось ранее, основываются на свойстве молнии с большей вероятностью поражать более высокие и хорошо заземленные металлические предметы по сравнению с другими, отличными по электропроводности и степени заземления предметами.
Молниеотвод, установленный рядом с домом или на доме (над домом), принимающий на себя разряд молнии, представляет собой возвышающееся над домом металлическое устройство, состоящее из молниеприемника, токоотвода и заземлителя.
Для защиты жилых домов от прямых разрядов молнии рекомендуется преимущественное применение стержневых (реже тросовых) молниеотводов.
Однако в определенных условиях могут успешно применяться другие типы (конструкции) молниеотводов, использующие естественные элементы конструкций дома как в качестве молниеприемников (металлическая кровля, металлические фермы и т.п.), так и в качестве несущей конструкции (кровля с неметаллическим покрытием) для размещения на них молниеприемников (молниеприемная сетка, струна).
Стержневые молниеприемники закрепляются на самостоятельных несущих конструкциях, устанавливаемых отдельно, или непосредственно на доме.
А тросовые - в виде горизонтально подвешенных над домом проводов (тросов), также закрепляемых на самостоятельных несущих конструкциях или на конструкциях, установленных на доме.
Степень защищенности дома от поражения молнией определяется вероятностью прорыва молнии к элементам защищаемого дома, минуя молниеотвод. Вероятность прорыва молнии равняется отношению числа разрядов молнии в защищаемый дом к общему числу разрядов молнии в молниеотвод и защищаемый дом.
Расчет молниезащиты ведется по зонам защиты. Вероятность прорыва молнии к дому, расположенному внутри зоны защиты, не должна превышать допустимой (выбранной) величины.
Очертания и размеры зоны защиты определяются числом, высотой и взаиморасположением молниеотводов и зависят от допускаемой (выбранной) вероятности прорыва молнии.
Зона защиты будет тем меньше, чем меньше выбранная вероятность прорыва молнии, которую должен обеспечить молниеотвод.
Пространство между молниеотводами (если их два) защищено более надежно, чем с внешней стороны молниеотводов. Защитное действие молниеотводов снижается с увеличением высоты защищаемого дома.
Зоны защиты, наиболее характерные для высот индивидуальных жилых домов, коттеджей и хозпостроек, в основном обеспечиваются стержневыми молниеотводами высотой не более 30 м.
Эти зоны проверены многолетним опытом эксплуатации и обеспечивают достаточную надежность защиты от прорыва молнии в обход молниеотвода.
В дальнейшем изложении всех требований к молниеотводам и расчетов защитных зон речь идет только о молниеотводах высотой до 30 м.
По простоте изготовления и небольшой стоимости, как обеспечивающие высокую эксплуатационную надежность, стержневые молниеотводы получили наибольшее распространение. Эти молниеотводы отличаются наглядной и легко определяемой защитной зоной.
А. Одиночный стержневой молниеотвод
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода имеет форму, показанную на рис. 19.
Для молниеотводов высотой h ≤ 30 м коэффициент защиты одиночного стержневого молниеотвода равен:
(1)
где: rx - радиус защиты на высоте hx;
h - высота молниеотвода;
hx - высота защищаемого объекта;
ha = h - hx - активная высота молниеотвода.
Решая уравнение (1) относительно rx, получим формулу* для определения радиуса защиты молниеотвода при заданной его высоте: