Разработка внешней молниезащитной системы для комплекса из двух зданий, с помощью двойного стержневого молниеотвода
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» на тему:
«Разработка внешней молниезащитной системы для комплекса из двух зданий, с помощью двойного стержневого молниеотвода»
Нормативные ссылки
ГОСТ Р 1.5 – 2002 ГСС . Стандарты. Общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению
ГОСТ Р 7.0.5 2008 СИБИД. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления
СО 153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.
ГОСТ 2.106 – 96 ЕСКД. Текстовые документы
РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений
1 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Защищаемый объект - здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требова ниям настоящего норматива.
Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить зда ние или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внеш ние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.
Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) - комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.
Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная для пере хвата молний.
Токоотвод (спуск) - часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и зазем ляющих проводников.
Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.
Заземляющий контур - заземляющий проводник в виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.
Зона защиты молниеотвода - пространство в окрестности молние отвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины
ВВЕДЕНИЕ
Молния, как явление природы, носит случайный характер. Кто знает, попадет или не попадет? История знает много печальных инцидентов, когда природа таким способом наносила существенный ущерб. Сейчас, при нынешнем развитии технологий, существует способ защиты от столь пагубного воздействия природы, и сейчас надеяться на «авось» просто глупо. Молниезащита или (грозозащита) нужна:
-В первую очередь для защиты людей
-Для защиты техники и электрооборудования
-Для улучшений общего электромагнитного фона
-Для предотвращения возгорания легковоспламеняющихся материалов крыши и горючих материалов стен здания.
Основная задача внешней части устройства молниезащиты – молниеприемника - не пропустить молнию к поверхности крыши и другим элементам здания. Молниеприемник отведет токи молнии в специальные заземляющие устройства. Требования к установке всего два: качественная изоляция и соблюдение достаточного расстояния. Установку данного оборудования производит специалист. Если установить молниезащиту еще в стадии постройки здания, то можно минимизировать влияние данной конструкции на внешний вид дома.
Так что же это такое - молниезащита? Молниезащита - это настоящая система связанных составляющих защиты дома и дорогостоящего оборудования от попадания молнии в строение или электропровода. При внешней молниезащите сверху строения устанавливается молниеприемник, который ловит разряд и очень оперативно переводит по специальным токоотводам к устройству заземления дома.
Устройства заземления расположены под землей. Места расположения приемника молний и устройств заземления дома должны рассчитываться и монтироваться специалистам.
2 МОЛНИЕЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
2.1Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
Классификация объектов определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.
Непосредственное опасное воздействие молнии - это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повре ждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы твердых, жидких и газообразных материалов и веществ и выделение опасных продуктов - радиоактив ных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.
Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Для элек тронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.
Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и спе циальные.
Обычные объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.
Специальные объекты:
-объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения
-объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы) прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые пло щадки, временные сооружения, строящиеся объекты.
В таблице 2.1 даны примеры разделения объектов на четыре класса. При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в таблице 2.2.
Для специальных объектов минимально допустимый уровень надеж ности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависи мости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от прямого удара молнии. По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый [1].
Т а б л и ц а 2.1 - Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов
|
Уровень защиты
|
Надежность защиты от ПУМ
|
|
I
|
0,98
|
|
II
|
0,95
|
|
III
|
0,90
|
|
IV
|
0,80
|
Т а б л и ц а 2.2 - Примеры классификации объектов
|
Объект
|
Тип объекта
|
Последствия удара молнии
|
|
Обычные
|
Театр; школа; уни вермаг; спортив ное сооружение
|
Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожар ных мероприятий
|
|
|
Банк; страховая компания; коммер ческий офис
|
Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожар ных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных
|
|
Специальные объекты с ограниченной опасностью
|
Средства связи; электростанции; пожароопасные производства
|
Недопустимое нарушение коммунально го обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для сосед них объектов
|
|
Специальные объекты, представляющие опасность для непосредствен ного окружения
|
Нефтеперерабаты вающие предпри ятия; заправоч ные станции; про изводства петард и фейерверков
|
Пожары и взрывы внутри объекта и в не посредственной близости
|
|
Специальные объекты, опасные для экологии
|
Химический завод; атомная электро станция; биохими ческие фабрики и лаборатории
|
Пожар и нарушение работы оборудова ния с вредными последствиями для ок ружающей среды
|
2.2 Необходимость молниезащиты
Молниезащитой называется комплекс различного рода мероприятий и средств для их осуществления, обеспечивающих безопасность людей, сохранность зданий и сооружений, оборудования и материалов от прямых ударов молнии, электромагнитной и электростатической индукции, а также от заноса высоких потенциалов через металлические конструкции и коммуникации.
На земном шаре ежегодно происходит до 16 миллионов гроз, т. е. около 44 тыс. за день. При этом ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой, можно определить по формуле (1.1
N=10-6n[(a+6hx)(b+6hx)-7,7hx2] (2.1)
где п — среднее число поражений молнией 1 км 2 земной поверхности в год, зависящее от интенсивности грозовой деятельности, изменяющееся в пределах 2,5...7,5: для средней полосы России можно принять п = 5;
a, b — соответственно длина и ширина защищаемого здания или сооружения
hx — высота здания (сооружения) по его боковым сторонам Для дымовых труб котельных, водонапорных и силосных башен, мачт, деревьев и других объектов ожидаемое число ударов молнии в год определяют по формуле (1.2)
N = 10-6r2* h, (2.2)
где r— эквивалентный радиус
r = 3,5 A;
h — высота объекта
Прямой удар молнии очень опасен для людей, зданий и сооружений вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами. Убытки только от пожаров и взрывов, вызванных этим явлением, в ряде случаев колоссальные. Прямой удар молнии также может производить сильные механические разрушения, приводя в негодность чаще всего дымовые трубы, мачты, вышки, а иногда и стены зданий. Вместе с тем расчеты показывают, что затраты на осуществление молниезащитных мероприятий приблизительно в 1,5 раза меньше стоимости сгоревших за пять лет зданий и сооружений.
Существуют две основные разновидности молний:
-линейные
- шаровые.
Линейная молния представляет собой разряд атмосферного электричества между облаками или между облаками и землей, происходящий за десятитысячные доли секунды, сопровождающийся громом и протеканием тока в десятки килоампер (в некоторых случаях до 500 кА). Путь молнии ветвистый, так как на ее пути встречаются участки воздуха с различными свойствами, а разряд всегда выбирает путь наименьшего сопротивления. При приближении разряда к земной поверхности на его дальнейшее продвижение начинают влиять другие факторы. Чаще всего разряд устремляется к возвышенным местам рельефа земли (холмы) или к высоким строениям (трубы, мачты и др.), где заряды противоположного знака (положительные) особенно велики.
На избирательность разряда влияет и электрическая проводимость грунта. Нередки случаи прямого попадания молнии в дно глубоких оврагов с влажной почвой, обладающей хорошей электропроводностью. Поэтому в холмистой местности наиболее безопасными считаются каменистые и песчаные склоны, так как большое электрическое сопротивление грунта в таких местах снижает вероятность попадания в них молнии. При нахождении человека во время грозы на равнинной местности ему не следует идти, стоять или располагаться вблизи деревьев. В этом случае безопаснее сесть на какой-нибудь камень. При ударе молнии в автомобиль или трактор люди обычно не страдают, потому что металлическая кабина отводит возникающие при разряде токи мимо них в землю. Не имеющее молниеотвода здание с неметаллической крышей не всегда обеспечивает полную безопасность, так как при ударе молнии в строения такого типа возможны разряды со стен и крыши внутри здания.
Шаровая молния встречается сравнительно редко, примерно в 300...500 раз реже линейной. Она имеет вид светящегося шара, иногда вытянутого в форме груши. Температура шаровой молнии 3000...5000 °С, диаметр 10...20 см, а длительность существования от долей секунды до нескольких минут. Она способна перемещаться со скоростью до 2 м/с чаще всего по извилистому пути и в большинстве случаев в направлении ветра. При соприкосновении с шаровой молнией на теле человека возникают сильные ожоги, иногда приводящие к смерти.
Шаровая молния проникает в помещения через открытые окна, двери, дымоходы и даже через небольшие щели или замочные скважины, а иногда по электропроводке. После нескольких перемещений она может исчезнуть, но часто шаровая молния взрывается, что приводит к воспламенению сгораемых предметов, механическим разрушениям и в отдельных случаях к гибели людей.
Средства защиты от линейных молний часто неэффективны против шаровой. Поэтому рекомендуется дополнительно во время грозы закрывать все окна, двери, дымоходы и т. п., а вентиляционные решетки снабжать заземленными металлическими сетками, выполненными из проволоки диаметром 2...2,5 мм, с ячейками площадью 3...4 см2.
2.3 Внешняя система молниезащиты
Внешняя молниезащита представляет собой систему,
обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в строительный объект правильно спроектированное и сооруженное молниезащитное устройство должно принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам в систему заземления, где энергия разряда должна безопасно рассеяться. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.
Существуют следующие виды внешней молниезащиты:
-молниеприемная сеть;
-натянутый молниеприемный трос;
-молниеприемный стержень.
Помимо вышеупомянутых традиционных решений (приведенных как в международном стандарте МЭК 62305.4, так и в российских нормативных документах РД 34.21.122-87 и CO 153—343.21.122-2003)с середины 2000х годов получает распространение молниезащита с системой ранней стримерной эмиссии, также именуемая активной молниезащитой. Применение данной системы нормируется несколькими стандартами, в первую очередь французским NFC 17-102.В общем случае внешняя молниезащита состоит из следующих элементов:
Молниеотвод (молниеприёмник,токоотвод) — устройство,
перехватывающее разряд молнии. Выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь)
Токоотводы (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду [2].
2.4 Молниеприемники и токоотводы
2.4.1 Естественные молниеприемники
Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:
а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что: электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;толщина металла кровли составляет не менее значения t, приведен ного в таблице 2.4.1, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необя зательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов; кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией; неметаллические покрытия на или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;
б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);
в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ог раждений по краю крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;
г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;
д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения t, приведенного в таблице 4.4.1, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.
Т а б л и ц а 2.4.1 - Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниепрнемника.
|
Уровень защиты
|
Материал
|
Толщина t не менее, мм
|
|
I-IV
|
Железо
|
4
|
|
I-IV
|
Медь
|
5
|
|
I-IV
|
Алюминий
|
7
|
2.4.2 Расположение токоотводов и указания по размещению
Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта:
а) Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на от дельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждой опоре преду сматривается не менее одного токоотвода.
б)Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждом конце провода (троса) выполняется не менее одного токоотвода.
в)Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждой ее опоре выполняется не менее одного токоотвода.
Общее количество токоотводов принимается не менее двух.
Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты:
а) Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта та ким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в таблице 2.4.2
б) Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверх ности земли и через каждые 20 м по высоте здания.
Т а б л и ц а 2.4.2 - Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности
|
Уровень защиты
|
Среднее расстояние
|
|
I
|
10
|
|
II
|
15
|
|
III
|
20
|
|
IV
|
25
|
Чтобы токоотводы равномерно располагались по пери метру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.
Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладыва ются следующим образом:
- если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;
- если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы по вышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;
- если стена выполнена из горючего материала и повышение темпера туры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы распо лагаются таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.
Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Реко мендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстоя ниях от дверей и окон.
Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомен дуется прокладка токоотводов в виде петель [3].
2.4.3 Естественные элементы токоотводов
Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться есте ственными токоотводами:
а) металлические конструкции при условии, что:
электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной. Они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально пре дусмотренных токоотводов; металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие.
б) металлический каркас здания или сооружения;
в) соединенная между собой стальная арматура здания или соору жения;
г) части фасада, профилированные элементы и опорные металличе ские конструкции фасада при условии, что:
-их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм;
-металлическая арматура железобетонных строений считается обес печивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям: примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой); электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.
В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если метал лические каркасы здания или стальная арматура железобетона исполь зуются как токоотводы.
2.5 Типы и устройство молниеотводов
Молниеотвод — устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. В быту также употребляется некорректное, но более благозвучное «громоотвод».
Во время грозы появляются большие индуцированные заряды, и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд.
Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.
Здания и сооружения защищают от прямых ударов молнии различными по конструкции молниеотводами. Но любой из молниеотводов включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода.
В зависимости от конструкции молниеприемника различают молниеотводы:
- стержневые
- тросовые
- сетчатые
-комбинированные.
По числу совместно действующих молниеприемников их делят на:
- одиночные
- двойные
-многократные.
Кроме того, по месту расположения молниеотводы бывают:
- отдельно стоящие
- изолированные
- не изолированные
Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95 %) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии.
Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые молниеотводы.
Молниеприемник стержневого молниеотвода представляет собой вертикально расположенный стальной стержень любого профиля длиной 2... 15 м и площадью поперечного сечения не менее 100 мм2, укрепленный на опоре, расположенной, как правило, не ближе 5 м от защищаемого объекта. Молниеприемник соединяют с заземлителем токоотводом, выполненным из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, а в случае прокладки токоотвода в земле — не менее 10 мм. При устройстве молниеприемников непосредственно на крыше здания выполняют как минимум два токоотвода, а при ширине крыши более 12м — четыре. Если длина защищаемого объекта более 20 м, то на каждые последующие 20 м длины требуется устанавливать дополнительные токоотводы; при ширине здания до 12м - на обеих сторонах здания. Все соединения (молниеприемник - токоотвод, токоотвод -заземлитель) следует сваривать. В качестве стержневых молниеотводов необходимо максимально использовать существующие вблизи защищаемого объекта высокие сооружения: водонапорные башни, вытяжные трубы и т. п. Деревья, растущие на расстоянии не более 5 м от зданий III...V степеней огнестойкости, также можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания напротив дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземлителю молниеотвода.
Тросовые молниеотводы чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти молниеотводы изготовляют в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм2. Следует отметить, что стержневые и тросовые молниеотводы обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.
В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150мм2, с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводящей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков — специально наложенные на трубы проволочные кольца [4].
2.6 Заземлители МЗС
МЗС нужен, чтобы отвести в землю ток молнии после ее удара в молниеприемник. Но для этой цели нет нужды в специальном контуре заземления. Току молнии некуда деваться. Он безо всякого заземлителя растечется в грунте после удара молнии в поверхность земли или, например, в дерево.
Может быть при низком сопротивлении заземления молниеотвод эффективнее притягивает молнию? Теория и эксперимент дают здесь отрицательный ответ. Для притяжения молнии важен рост плазменного канала от вершины объекта, так называемого встречного лидера. Развитие лидера сопровождается током через сопротивление заземления молниеотвода и на нем теряется напряжение. Однако потеря очень мала, потому что этот ток вряд ли превышает 10 – 20 А. Даже на сопротивлении заземления Rз = 1000 Ом потеря напряжения составит 10 – 20 кВ – величина пренебрежимо малая по сравнению с потенциалом 20 – 100 кВ, который несет к земле канал молнии. Итак, рассмотренные причины отпадают. Остается одно – безопасность процесса растекания тока молнии в земле. При ударе в молниеотвод ток молнии может превысить 100 кА. Даже в случае качественного заземления молниеотвода с сопротивлением заземления Rз ~ 10 Ом речь пойдет о напряжении порядка 1000 кВ. Столь сильный подброс напряжения становится причиной больших напряжений. Прикосновения к металлоконструкциям молниеотвода, на достаточно большом расстоянии от молниеотвода возникают опасные шаговые напряжения, между зеземлителем и подземными коммуникациями (например, кабелями цепей управления) действуют высокие напряжения, достаточные для искрового пробоя грунта и ввода в эти коммуникации значительной доли тока молнии. При очень высоком напряжении возможен даже искровой пробой по воздуху на металлоконструкции объекта, которые этот молниеотвод призван защищать [2] .
3 ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ
3.1 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода.
Тип молниеотвода (одиночный, двойной и многократный стержневой, одиночный и двойной тросовый) выбирают в зависимости от конструкции зданий и сооружений, их размеров, формы и взаимного расположения.
Р и с у н о к 3.1 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до150м
Зона защиты молниеотвода представляет собой часть пространства, примыкающего к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Различают зоны защиты двух типов:
А — со степенью надежности 99,5 % и выше;
Б — со степенью надежности 95 % и выше.
Для объектов сельскохозяйственного назначения, как правило, требуется зона Б.
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h 150м (рисунок 1.5) представляет собой конус, вершина которого находится на высоте h0 < h, а основание образует круг радиусом rх.
Для зоны типа А эти размеры определяют по формулам:
h0 = 0,85h (3.1.1)
r0 = (1,1 - 0,002h)h (3.1.2)
rx = (1,1 - 0,002h)(h – hx/0,85) (3.1.3)
Для зоны типа Б эти размеры определяют по формул
h0= 0,92h (3.1.4)
r0 = 1,5h; (3.1.5)
rx = 1,5(h – hx/0,92). (3.1.6)
При известных значениях hx и гx высота молниеотвода для зоны типа Б
h= (rx+ 1,63hx)/1,5. (3.1.7)
3.2 Зона защиты двойного стержневого молниеотвода.
Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой не более 150 м при расстоянии между единичными молниеотводами L изображена на рисунке 3.2. Два стержневых молниеотвода образуют слившуюся зону защиты при L < 5А. В ней величины h0, r0 и rx определяют так же, как для одиночного молниеотвода, а размеры зоны посредине между стержнями рассчитывают по следующим форму
Для зоны типа А:
При L h
hc = h0 = 0,85h (3.2.1)
rc = r0 = (1,1 - 0,002h)h (3.2.2)
rх = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85) (3.2.3)
При А < L 3h
hс = h0 - (0,17 + 3·10-4h)(L - h) (3.2.4)
rc = r0; (3.2.5)
rc = r0(hc – hx)/h (3.2.6)
Для зоны типа Б:
При L 1.5h
hc = h0 (3.2.7)
rcx = rx; (3.2.8)
rc = r0 (3.2.9)
При 1,5h < L
hc = h0 - 0,14(L - 1,5h) (3.2.10)
rc = r0 (3.2.11)
rcx = r0(hc – hx/hc) (3.2.12)
При известных рc, L и rx = 0 высота молниеотвода для зоны защиты тип
h = (hc +0,14h)/1,13. (3.2.13)
Если расстояние между стержневыми молниеотводами L > 5h, то их совместное защитное действие нарушается (h0 = 0), поэтому их следует рассматривать как одиночные.
Принимают, что верхняя часть зоны зашиты ограничена горизонтальной прямой, проведенной через точку максимального прогиба троса. Торцовые части зоны защиты аналогичны торцовым частям двойного стержневого молниеотвода [5].
Размеры зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h 150 м рассчитывают по формулам:
Для зоны типа. А
h0 = 0,85/h (3.2.14)
r0 = (1,35 - 0,0025h)h (3.2.15)
rx = (1,35 - 0,0025h)(h - hx0,85) (3.2.16)
Для зоны типа. Б
h0 = 0,92h (3.2.17)
r0 = 1,7А (3.2.18)
rx = 1,7(h – hx/0,92)
(3.2.19)
Р и с у н о к 3.2 - Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м
1 — граница зоны защиты на высоте Нх;
2— граница зоны защиты на уровне земли 387
4 РАСЧЕТ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ДЛЯ ДВОЙНОГО
СТЕРЖНЕВОГО МОЛНИЕОТВОДА
Для обычных объектов минимально допустимый уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,80-0,98в зависимости от степени его общественной значимости.
Для рассматриваемого объекта принимаем допустимый уровень надежности защиты от ПУМ равным 0,9, что соответствует 3 уровню защиты.
Принимаем высоту молниеотвода h=18,8м и располагаем их на расстоянии L =28м
В соответствии с таблицей 1.1 для уровня защиты 0,9 определяем:
- предельную величину Lmax= 57,7h= 108,1;
-расстояние между стержнем молниеприемника L0=2,5h =47м.
Для принятого расположения молниеотводов L< L0 ,граница зоны защиты не имеет провеса так как 28< 47
Определяем:
-максимальную полуширину зоны защиты rx в горизонтальном сечении на высоте hx для зданий А и Б:
rx = r0(hc – hx)/hc= 37,5(21,75-3,5)/21,75=31,47м,
где: r0=1,2h=22,56м;
h0= 0,85h= 15,98м.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе, была разработана внешняя молниезащитная система (МЗС) для комплекса из двух зданий, отнесенных к обычным объектам. МЗС выполнена с помощью двойного стержневого молниеотвода. В результате его расчета выясняли, что нужно высоту молниотвода принять h=18,8 м. и расположить их на расстоянии L=28 м .По результатам расчета построили зону защиты в проекциях: спереди и сверху
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов / С. В. Белов, А. В. Ильницкая, А. Ф. Козьяков и др. Под общей редакцией С. В. Белова. М.: Высшая школа, 2009 c. 448-455
2. Безопасность жизнедеятельности в техносфере. Уч. пособие для вузов / Л. Н. Горбунова, А. А. Калинин, В. Я. Кондрасенко, О. Н. Русак и др. Под общей редакцией О. Н. Русака, В. Я. Кондрасенко. Красноярск: изд. «ОФСЕТ», 2011 c. 432-443
3.Кукин П.П., Лапин В.Л. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): Учебное пособие для вузов / П.П.Кукин В.Л. Лапин Н.Л. Пономарев. - М.: Высш. шк., 2009 c. 205-230
4. Пожаровзрывобезопасность на предприятии. Учебное пособие / Л. Н. Горбунова, В. Я. Кондрасенко, А. А. Калинин, О. Н. Ледяева. Красноярск, КГТУ, 2012 c. 158-165
5. Безопасность и защита в чрезвычайных ситуациях. Учебное пособие для вузов с грифом МО РФ / Л. Н. Горбунова, А. А. Калинин, В. Я. Кондрасенко, О. Н. Русак, К. Д. Никитин. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2011 c.512 -518
Разработка внешней молниезащитной системы для комплекса из двух зданий, с помощью двойного стержневого молниеотвода