Расчет высоты молниеотвода

8

Министерство образования и науки республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.Д. СЕРИКБАЕВА

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ОХРАНЕ ТРУДА

Тема: “Расчет высоты молниеотвода”

Выполнил: студент 2 курса 2СПО

Специальность:

Проверил: д.т.н., профессор

Усть-Каменогорск 2012 г.

Cодержание

• Введение
• Задание
• 1. Одиночный стержневой молниеотвод
• 2. Двойной стержневой молниеотвод
• 3. Одиночный тросовый молниеотвод

Введение

Молниезащита представляет собой комплекс защитных мер от разрядов атмосферного статического электричества, обеспечивающих безопасность людей, сохранность зданий и сооружений, оборудования и материалов от возгораний, взрывов и разрушений. Вероятность удара молнии в наземный объект тем больше, чем выше объект. Одна из основных мер защиты от молний – устройство молниеотводов. Возвышаясь над объектами, они принимают разряды грозового облака на себя. Молниеотводы создают зону защиты – пространство, внутри которого не возникают молнии. Молниеотвод состоит из молниеприемника, токоотвода, обеспечивающего прохождение по нему разрядного тока к заземляющему устройству, и самого заземляющего устройства. Различают несколько видов молниеотводов: стержневые, сетчатые, тросовые; одиночные, двойные, многократные; отдельно стоящие; изолированные от объекта и неизолированные. Стержневые и тросовые молниеотводы устанавливают либо на отдельно стоящих опорах, либо на опорах, связанных с конструкцией объекта. Сетчатые молниеотводы укладывают на крыше здания (рис.7).

Защита молниеотводом основана на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Молниеотвод состоит из трех основных частей: молниеприемника, воспринимающего удар молнии, токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем, через который ток молнии стекает в землю. Молниеприемник размещается на мачте.

Наиболее распространены стержневые и тросовые молниеприемники. По количеству молниеприемников молниеотводы разделяются на одиночные, двойные и многократные.

В окрестности молниеотвода образуется зона защиты, т.е. пространство, в пределах которого с высокой степенью надежности обеспечивается защита строения или какого-либо другого объекта от прямого удара молнии. Степень защиты в указанной зоне составляет более 95 %. Это означает, что из 100 ударов молнии в защищаемый объект возможно менее 5 случаев прямого попадания молнии, остальные удары будут восприняты молниеприемником. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода ограничивается образующими двух конусов, один из которых имеет высоту к, равную высоте молниеотвода, и радиус основания R= 0,75к, а другой – высоту 0,8к и радиус основания 1,5к (при радиусе основания второго конуса R=k обеспечивается 99 % эффективности защиты).

Молниеприемники стержневых молниеотводов изготовляют из стали любого профиля, как правило круглого, сечением не менее 100 мм2 и длиной не менее 200 мм. Для защиты от коррозии их окрашивают. Молниеприемники тросовых молниеотводов изготовляют из металлических тросов диаметром около 7 мм.

Токоотводы должны выдерживать нагрев при протекании очень больших токов разряда молнии в течение короткого промежутка времени, поэтому необходимо небольшое сопротивление. Сечение токоотводов на воздухе должно быть не менее 48 мм2, а в земле – 160 мм2.

Если молниеотвод закреплен на крыше здания, то в качестве токоотводов могут использоваться металлические конструкции и арматура здания, например, металлические лестницы, расположенные с внешней стороны здания и ведущие на крышу. Токоотводы должны быть надежно соединены с молниеприемником и заземлителем.

Заземлители являются важнейшим элементом в системе молниезащиты. Они обеспечивают достаточно малое сопротивление растеканию тока молнии в грунт. В качестве заземлителя можно использовать зарытые в землю на глубину 2-2,5 м металлические трубы, плиты, мотки проволоки и сетки, куски металлической арматуры.

Молниеотводы устанавливают на возвышенностях, чтобы сократить путь молнии и увеличить размеры зоны защиты. Молниеотводами защищаются все общественные здания, постройки для хранения материальных ценностей, одиночные строения, расположенные на возвышенностях, исторические и культурные ценности. Особое внимание уделяют молниезащите хранилищ пожаро- и взрывоопасных материалов, горючих жидкостей и газов. Для этого используют многократные молниеприемники путем установки по контуру защищаемого пространства множества молниеотводов.

Задание

Определить по номограмме высоту одиночного стержневого, двойного стержневого и одиночного тросового молниеотводов при данных, приведенных в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные

1. Одиночный стержневой молниеотвод

Зона защиты

1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h^.60 м представляет собой конус с образую-, щей в виде ломаной линии

Рис.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода до 60 м

Основанием конуса является круг радиусом r=5h. Высота защищаемого сооружения h_x, расстояние (в плане) от оси молниеотвода до наиболее удаленной точки сооружения г_х. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x представляет круг радиусом г_х (радиус защиты).

Для графического построения образующей конуса зоны защиты следует;

а) соединить вершину молниеотвода с точками, расположенными на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии r/2 = 0,75 h в обе стороны от него;

б) точку на молниеотводе, расположенную на высоте 0,8h, соединить с точками на расстоянии г = 1,5/r в обе стороны от него

Радиус зоны защиты определяется:

r_x = 1,5 (h – 1,25h_x) (1)

r_x = 0,75 (h – h_x) (2)

По этим формулам определяется радиус зоны защиты на защищаемом уровне h_x в том случае, когда задаются высотой h типовых конструкций молниеотводов (например, молниеотводов, принимаемых по нормали Э-898 Гипротяжпромэлектропроекта) или же когда в качестве молниеотвода используются дымовые трубы, высотные металлические колонны технологических наружных установок и т.д.

Формула 1 применяется если сооружение имеет меньшие по сравнению с другими размерами (длиной, шириной) высоту, а формула 2 когда размеры больше т.е. при отношении h_x/r_x ? 2,67

Зона защиты-

Х-Х (на бысоте h_x)

Рис.2. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой от 60 до 100 м

Если необходимо определить высоту молниеотвода в данной его точке расположения по отношению к защищаемому уровню h_x при известной величине г_х, то последняя находится по формулам (1) и (2).

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой более 60 м, но не выше 100 м по форме аналогична зоне защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м (см. п.1), но в ней основанием конуса принят круг радиусом г = 90 м (рис.2).

Высота одиночного стержневого молниеотвода может быть определена по номограмме (рис.3). Для этого должны быть заданы h_x – высота й r_x – расстояние (в плане) от оси молниеотвода до наиболее удаленной точки защищаемого сооружения.

Высота молниеотвода h в метрах от поверхности земли определится пересечением прямой, соединяющей точки заданных значений h_x и г_х в метрах на крайних шкалах.

Значение искомой величины h нужно взять по шкале II номограммы рис3. Соединяя прямой заданные значения, получим h= 20,3 м.

Рис 3. Номограмма для определения высоты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60м

Определяем соотношение

h_x/r_x = 15/4 = 3,75? 2,67

Следовательно используем формулу 2

r_x = 0,75 (h – h_x)

4 = 0,75 (h – 15)

Отсюда h = 20,3м

2. Двойной стержневой молниеотвод

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой не более 60 м при расстоянии между единичными молниеотводами изображена на рис.4. Граница ее между одиночными молниеотводами равной высоты представляет собой дугу окружности, проходящую через вершины этих молниеотводов с центром, находящимся на перпендикуляре, восстановленном из середины расстояния а на высоте Н–Ah. Торцовые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Очертание зоны в сечении вертикальной плоскостью посредине между молниеотводами определяется по правилу построения зоны защиты одиночного стержневого высотой h_о. При этом величина r_o и r_x, численно равные половине ширины зоны защиты в середине между молниеотводами; соответственно будут на уровне земли r₀ на высоте. h_x–r_ox:.

При расстоянии между единичными молниеотводами h величина h_o = 0. При а < 5h совместное действие единичных молниеотводов нарушается; они должны рассматриваться как одиночные и величина ho = 0.

Высота зоны защиты в середине двойного стержневого молниеотвода определяется при известных h и а по формуле

(5)

Высота молниеотвода определяется при известных h₀ и а по формуле.

(6)

Высота двойного стержневого молниеотвода в метрах при их равной высоте может быть определена с помощью двух номограмм (рис.3,5). Для этого должны быть заданы значения h_x, r₀x и a

Для определения высоты двойного стержневого молниеотвода необходимо найти высоту фиктивного молниеотвода ha по шкале h номограммы (рис.3) способом, указанным в п.3, используя значения h_x и r_0х (но шкале г_х). Затем по номограмме (рис.5) на пересечении полученной величины h₀ и а найти искомую высоту h.

Зона защиты в разрезе

Рис.4. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Рис 5.

h_x/r_оx = 12/14 = 0,85 ? 2,67

по шкале I рис 3 h₀ = 24 м

Определяем по монограмме (рис 5) h = 35 м

Проверяем по формуле

3. Одиночный тросовый молниеотвод

6. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ? 60 м с расстоянием б между опорами приведена на рис.6. Для расчета зоны защиты тросового молниеотвода приняты следующие дополнительные обозначения: h_on – высота опоры; h – высота молниеотвода, равная расстоянию от земли до точки максимального провеса троса; б – расстояние между опорами.

Зона защиты по К-к

Принимается, что верхняя часть зоны защиты ограничена горизонтальной прямой, проведенной от точки максимального провеса троса. Торцовые части ее аналогичны таковым у двойного стержневого молниеотвода.

Очертание зоны защиты в вертикальном сечении, перпендикулярном тросу посредине между опорами, по форме аналогично двойному стержневому молниеотводу. Но вместо г₀= 1,5 h в последнем случае следует принимать г₀ = 1,25h для тросового молниеотвода.

Графическое построение зоны защиты в горизонтальной плоскости на уровне h_x производится путем нанесения зоны защиты от опор молниеотвода (окружности) на высоте h_x и соединением их касательными с точками, находящимися посредине расстояния б и отстоящими от прямой, соединяющей опоры, на расстоянии г_0х–

При расчетах зоны защиты в сечении А-А (рис.6) следует пользоваться формулами:

r_x = 1,25 (h – 1,25h_x) (7)

r_x = 0,625 (h – h_x) (8)

Для обеспечения расчетной высоты тросового молниеотвода высота опор должна быть выбрана с учетом стрелы провеса. Последняя для стального троса сечением 35-50 мм² принимается: для пролетов б до 120 м равной 2 м; для пролетов б от 120 до 150 м – 3 м.

Высота опор будет слагаться из расчетной высоты молниеотвода и принятой величины стрелы провеса троса.

При известных h_x и r_0х по номограмме (рис.7) определяется высота одиночного тросового молниеотвода. Она находится по шкале I, если <3,2, или по шкале II; если >3,2. Способ определения h аналогичен способу определения высоты одиночного стержневого молниеотвода.

h_x/r_оx = 20/5 = 4 > 3,2

значит определяем по шкале II монограммы (рис 7)

Эта величина составит h = 28 м

Найденную высоту одиночного тросового молниеотвода нужно проверить по допустимому расстоянию по воздуху от молниеотвода до защищаемого сооружения. (Для упрощения проверка опускается.)

Высота опоры с учетом стрелы провеса троса сечением 50мм²

h_оп 28+3=31м

молниеотвод зона защита высота

Рис 7. Монограмма для определения высоты одиночного тросового молниеотвода высотой до 60м