Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 6
РОЗРАХУНОК БЛИСКАВКОЗАХИСНИХ ПРИСТРОЇВ
Мета роботи: ознайомлення з конструкцією блискавкозахисних пристроїв і вивчення методики її розрахунку.
Природне явище виникнення атмосферної електрики і пов'яза ного з ним утворення іскрових розрядів - блискавок - становить небезпеку для техно- і біосфер.
При ураженні наземних об'єктів блискавка може спричинити загибель людей і тварин, пошкодження і руйнування будинків і споруд, призвести до вибухів і пожеж. Так, наприклад, у 1997 році в Україні сталося близько 1400 пожеж (3,3% від загальної кількості), спричинених блискавкою. Мінімізувати негативні на слідки грозової діяльності дозволяє правильно організований ком плекс заходів улаштування блискавкозахисту.
У даній практичній роботі розглядається влаштування захи сту об'єктів і споруд від прямих ударів блискавки, тобто від пер винного впливу. Наведені методи розрахунку стержневого блис кавкозахисту об'єктів висотою до 150 м. Питання захисту від вторинних впливів, так само як тросовий та сітчастий блискавкозахисти, в роботі не розглядаються. При потребі більш повно го ознайомлення з улаштуванням блискавкозахисту слід зверну тись до ДСТУ БВ 2.5-38:2008 «Інженерне обладнання будинків і споруд. Улаштування блискавкозахисту будівель і споруд» від 01.01.2009
Небезпека впливу блискавки
Блискавка являє собою електричний розряд у повітрі довжиною в декілька кілометрів. Цей розряд відбувається між хмарами, всередині хмари або між хмарою і землею чи наземною спору: дою. Починається процес розвитку блискавки з утворення і ступеневого просування іскрового розряду - лідера.,Довжина ступе ні лідера 20-100 м, паузи між ступенями 50-100 мкс. Коли го ловка лідера досягає землі, від землі до хмари по іонізованому каналу проходить головний розряд. Струм цього розряду може досягати 100 кА і більше. При одному ударі блискавки часто спостерігається декілька (до 20) розрядів з паузами 0,01-0,05 с. Повторні розряди можна спостерігати - блискавка «миготить».
Вплив блискавки на техно- і біосфери прийнято поділяти на дві основні групи: первинні, що викликані прямими попадання ми блискавки, і вторинні, індуковані близькими її розрядами або занесені в об'єкт протяжними металевими комунікаціями. Не безпека прямого попадання і вторинних впливів для приміщень і споруд, а також людей і тварин, що знаходяться в них, визнача ється, з одного боку, параметрами розряду блискавки, з іншого -технологічними і конструктивними характеристиками об'єкта (наявність вибухо- або пожежонебезпечних зон, вогнестійкість будівельних конструкцій, а також розташування і розмір протяж них комунікацій, що підводяться до будинків і споруд, їх розвод кою всередині об'єкта і т.п.).
Прямий удар блискавки викликає такі впливи на об'єкт:
До вторинних проявів блискавки відносять явища, що вини кають поблизу розряду блискавки і викликані дією електромаг нітного поля, що індукується навколо каналу блискавки. При йнято таке поле поділяти на дві складові: електромагнітну і електростатичну, а відповідні дії - на електромагнітну і електро статичну індукцію.
Електромагнітна індукція пов'язана з утворенням в метале вих контурах ЕРС, яка пропорційна крутизні струму блискавки і площі, що охоплюється контуром. Протяжні комунікації в су часних виробничих будинках можуть утворювати контури, що охоплюють великі площі, і наведені в них ЕРС можуть сягати десятків кіловольт. У місцях наближення протяжних металевих конструкцій, у місцях розривів незамкнених контурів створюєть ся небезпека перекриттів та іскріння з можливим розсіюванням енергії до десятих долей джоуля.
Електростатична індукція проявляється у вигляді перенапруг, які утворюються на металевих конструкціях об'єкта, а їх вели чина залежить від струму блискавки, відстані від місця удару і опору заземлювача. При відсутності необхідного заземлювача пе ренапруга може сягати сотень кіловольт і утворювати небезпеку ураження людей і перекриттів між різними частинами об'єкта.
Ще одним видом небезпечного впливу блискавки є занесення високого потенціалу по комунікаціях, які заходять у приміщен ня (провід повітряних ліній електропередачі, кабелі, трубопрово ди). Він являє собою перенапругу, що утворюється на комуніка ції при прямих або наближених попаданнях блискавки, яка по ширюється у вигляді хвилі, що набігає на об'єкт. Небезпеку ство рюють можливі перекриття з комунікацій на заземлені частини об'єкта. Підземні комунікації також становлять небезпеку, тому що вони можуть сприйняти на себе частину струму блискавки, що розміщується в землі, і занести її на об'єкт.
Загальні питання влаштування блискавкозахисту
Блискавкозахист - це комплекс заходів, спрямованих на запобі гання прямого удару блискавки в об'єкт або на усунення небезпеч них наслідків, пов'язаних з прямим ударом; до такого комплексу належать також засоби захисту, що оберігають об'єкт від вто ринних впливів блискавки і занесення високого потенціалу.
Різноманітність технологічних процесів, режимів роботи ви робничого устаткування, а також вибухові і пожежні властивості матеріалів, що в цих процесах використовуються, створюють не однакові умови вибухопожежонебезпеки у виробничих приміщен нях і зовнішніх установках. Рівень вибухопожежонебезпеки тех нологічних процесів визначається у за класифікацією, що наведе на в «Правилах улаштування електроустаткування» (ПУЕ). Ця класифікація є визначальною при вирішенні питання влашту вання блискавкозахисту (поз. 2 в табл. 11.1).
Ще одним визначальним чинником є рівень грозової актив ності в місці розташування споруди. Формування грозової хмар ності і, як наслідок, грозова активність залежить від кліматич них умов і рельєфу місцевості. Тому грозова активність над різ ними ділянками земної поверхні неоднакова. Для розрахунку блискавкозахисних заходів необхідно мати конкретне значення, що характеризує грозову діяльність в даному регіоні. Такою ве личиною є інтенсивність грозової діяльності, яку прийнято ви значати кількістю грозових годин протягом року. Вона визнача ється як середньоарифметичне значення за декілька років спо стережень для певної місцевості земної поверхні. Середньорічна тривалість грози в окремих регіонах і промислових центрах ви значається за картою (див. ДСТУ БВ 2.5-38:2008 «Інженерне обладнання будинків і споруд. Улаштування блискавкозахисту будівель і споруд» від 01.01.2009) або за даними метеорологічних станцій, найближчих до даного регіону. Як приклад наведемо значення для деяких міст України:
Сімферополь - 40...60;
Дніпропетровськ, Київ, Львів, Одеса - 60...80;
Донецьк, Запоріжжя, Ужгород - 80....100,
Залежно від параметрів, що характеризують грозову активність у районі розташування об'єкта, визначаються такі важливі показники блискавкозахисту, як:
Блискавкозахист поділяється на три категорії - I, II і III. Об'єкти, які належать до І і II категорій, захищають від прямих ударів блискавок, вторинних її проявів і занесення високого по тенціалу через наземні (надземні) і підземні металеві комунікації. Будинки і споруди, віднесені за влаштуванням блискавкозахисту до III категорії, повинні бути захищені від прямих ударів і зане сення високого потенціалу через наземні (надземні) металеві ко мунікації.
Зовнішні пристрої, що належать за влаштуванням блискав козахисту до II категорії, захищають від прямих ударів блиска вок і вторинних впливів, а віднесені до III категорії - тільки від прямих ударів.
Найбільш небезпечним з усіх впливів блискавки з погляду ураження будинків і споруд є прямий удар. Багаторічні спостере ження і дані свідчать про те, що переважна більшість пожеж і руйнувань при грозових розрядах викликані саме прямими уда рами блискавки. Тому при влаштуванні блискавкозахисту будь-якої категорії має бути виконаний захист від прямих ударів бли скавки. Існує три види такого захисту - стержневий, тросовий і сітчастий. В даній роботі розглядається тільки стрижневий бли скавкозахист і тільки від прямих ударів блискавки. Інші питан ня блискавкозахисту (тросовий, сітчастий блискавкозахисти, а також захист від вторинних проявів розглядаються в ДСТУ БВ 2.5-38:2008 «Інженерне обладнання будинків і споруд. Улаштування блискавкозахисту будівель і споруд» від 01.01.2009).
Конструктивне виконання і розрахунок
стержневого блискавкозахисту
Блискавковідвід - пристрій, що сприймає удар блискавки і від водить його струм в землю.
Блискавковідводи складаються з опори; блискавкоприймача, який безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідводу, по якому струм блискавки передається в землю; заземлювача, який забезпечує розтікання струму блискавки в землі.
Захисна дія блискавковідводу ґрунтується на явищі вибірко вого ураження блискавкою високих об'єктів. Висота над поверх нею землі, при якій лідер починає орієнтуватись за напрямком до найбільш високого наземного об'єкта, називається висотою орієнтування блискавки. Якщо головка лідера на висоті орієнтування знаходиться в точці, що розташована неподалік від блискавкоприймача, то розряд влучить саме в нього. Лідер ніби «відчуває» блискавковідвід і починає орієнтуватись на нього, тобто блискавковідвід «збирає» на себе блискавки з пев ної площі неба. При цьому простір навколо нього майже не уражається, тобто стає захищеним. Цей простір називається зоною захисту блискавковідводу.
Зона захисту блискавковідводу - простір, всередині якого будинок або споруда захищена від прямих ударів блискавки з надійністю не менше визначеного значення. Зона захисту типу А має ступінь надійності 99,5% і вище, а типу Б - 95%.
Блискавкозахист об'єктів може здійснюватись одним або де кількома блискавковідводами. У разі використання декількох унаслідок їх взаємодії утворюється спільна зона захисту.
Блискавковідводи можуть виконуватись як окремо стоячі конс трукції або встановлюватись на будівлях чи спорудах.
Зони захисту одиничних стрижньових блискавковідводів
Стандартною зоною захисту одиничного стрижньового блискавковідводу заввишки h є круговий конус заввишки hо < h, вершина якого збігається з вертикальною віссю блискавковідводу. Габарити зони визначаються двома параметрами: висотою конуса hо і радіусом конуса на рівні землі rо.
Рисунок 6.1 – Зона захисту одиничного стрижньового блискавковідводу
h - висота блискавковідводу; hо - висота конуса; rо - радіус конуса
rх - радіус горизонтального перерізу на висоті hx
Наведені нижче розрахункові формули (табл. 1) придатні для блискавковідводів заввишки до 150 м. При більш високих блискавковідводах слід користуватися спеціальною методикою розрахунку.
Таблиця 1 - Розрахунок зони захисту одиничного стрижньового блискавковідводу
|
Надійність захисту РЗ |
Висота блискавковідводу h, м |
Висота конуса hо, м |
Радіус конуса rо, м |
|
0,9 |
від 0 до 100 |
0,85h |
1,2h |
|
від 100 до 150 |
0,85h |
[1,2–10-3(h–100)]h |
Для зони захисту необхідної надійності одиничного стрижньового блискавковідводу радіус горизонтального перерізу rх на висоті hx визначається за формулою:
(6.1)
Зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу
Блискавковідвід вважається подвійним, коли відстань між стрижньовими блискавкоприймачами L не перевищує граничної величини Lmax. У супротивному випадку обидва блискавковідводи розглядаються як одиничні.
Конфігурація вертикальних і горизонтальних перерізів стандартних зон захисту подвійного стрижньового блискавковідводу (висотою (в оригіналі-заввишки) h і відстанню L між блискавковідводами) показано на рис. 6.2. Побудова зовнішніх областей зон подвійного блискавковідводу (напівконусів з габаритами hо, rо) виконується за формулами табл. 10 для одиничних стрижньових блискавковідводів. Розміри внутрішніх областей визначаються параметрами ho і hс, перший з яких задає максимальну висоту зони безпосередньо біля блискавковідводів, а другий — мінімальну висоту зони посередині між блискавковідводами. При відстані між блискавковідводами L ≤ Lc межа зони не має провисання (hc = hо). Для відстаней Lс≤ L ≤ Lmax висота hс визначається за формулою
(6.2)
Граничні відстані Lmax і Lc обчислюються за емпіричними формулами табл. 12, придатними для блискавковідводів висотою до 150 м. При більшій висоті блискавковідводів слід користуватися спеціальним програмним забезпеченням.
Рисунок 6.2 – Зона захисту подвійного стрижньового блискавковідводу
L – відстань між блискавковідводами;
h – висота блискавковідводу;
hо – максимальна висота зони захисту безпосередньо біля блискавковідводу;
rо – радіус конуса;
rх – максимальна напівширина зони в горизонтальному перерізі на висоті hx;
hс – мінімальна висота зони захисту посередині між блискавковідводами;
rсх – ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами.
Розміри горизонтальних перерізів зони обчислюються за наступними формулами, загальними для всіх рівнів надійності захисту:
- максимальна напівширина зони rх в горизонтальному перетині на висоті hx вичисляється за формулою (6.1);
- довжина горизонтального перерізу lx на висоті hx ≥ hc:
(6.3)
при hx < hc
(6.4)
- ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами 2rсх на висоті hx ≤ hc :
(6.5).
Таблиця 2 - Розрахунок параметрів зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу
|
Надійність захисту Р3 |
Висота блискавко-відводу h, м |
Lmax, м |
Lc, м |
|
0,9 |
від 0 до 30 |
5,75 h |
2,5h |
|
від 30 до 100 |
[5,75 – 3,57·10-3(h – 30)] h |
2,5h |
|
|
від 100 до 150 |
5,5h |
2,5h |
Задача
Провести розрахунок блискавкозахисту пункту зарядки акумуляторів електронавантажувачів окремо стоячим стрижневим блискавковідводом.
Необхідно:
Визначити:
Контрольні питання:
Що таке блискавкозахист?
Які вимоги висуваються до влаштування блискавковідводів?
Як встановлюється категорія блискавкозахисту?
Який вид зони захисту для одиночного блискавкоприймача?
Як розрахувати висоту одиночного стрижневого блискавковідводу?
Яка послідовність розрахунку блискавкозахисту?
Розв’язок задачі
Провести розрахунок блискавкозахисту пункту зарядки акумуляторів електронавантажувачів окремо стоячим стрижневим блискавковідводом.
Необхідно:
Визначити:
Розв’язок
Приймаємо:
h =50 м. (з табл. 1)
hо = 0,85∙ h = 0,85∙50 = 42,5 м.
rо = 1,2 ∙ h = 1,2∙50 = 60 м.
hх = 20 м. (довільно)