РОЗРАХУНОКБЛИСКАВКОЗАХИСТУ ВИРОБНИЧИХ ПРИМІЩЕНЬ
Мета заняття: вивчити конструкцію блискавкозахиснихпристроїв та методику їх розрахунку; засвоїти та провести розрахунки елементів блискавкозахисту.
Конструкціїблискавковідводів та їх розрахунок
Грозові розрядиатмосферної електрики небезпечні для життя людей. До того ж блискавка при ударів будівлю або споруду може завдати великих руйнувань, викликати пожежу.
Блискавовідводи маютьрізні конструкції: стержньові, антенні та сіточні. Найбільш поширені стержньові.
Блискавковідводискладаються з таких елементів: блискавкоприймача, струмовідводу, заземлювача тамачти.
Одиночний стержньовийблискавковідвод створює навколо споруди, біля якої він встановлений, захиснузону у вигляді подвійного конуса з круглою основою. Радіус його в півтора разИбільше висоти блискавкоприймача.
Захисну зонублискавкоприймача можна відобразити графічно. Проведемо горизонтальну лінію таперпендикулярно до неї в масштабі висоту блискавкоприймача, рівну R(рис.1).
На горизонтальнійлінії із точки О в обидва боки в тому ж масштабі відкладемо радіуси основи r,що дорівнюють 1,5 h. Кінці радіусів позначимо літерою Б. На лініїОН, на відстані 0,8 h від основи, відзначимо точку В, а налінії радіусів – точки Г, котрі ділять радіуси на дві рівні частини.
/>
Рис. 1. Схемазахисту будівлі від блискавки одиночним стержньовим блискавковідводом
За одержанимиданими можна побудувати переріз подвійного конуса – зони захисту. Для цьогопроведемо прямі лінії з точки Н до точки Г, а з точки В до точки Б.Після такої побудови одержимо трикутник, при обертанні якого навколо осі ОНутвориться зона захисту з блискавковідводом висотою h.
Горизонтальнийпереріз зони захисту на висоті споруди h x зображує колорадіусом r x, яке називається радіусом захисту.
При одиночномустержньовому блискавковідводі висотою менш 60 м радіус захисту визначають затакими співвідношеннями:
а) при /> />
б) при /> />.
Зона захистуодиночного стержньового блискавковідводу висотою більше 60 м, але не вище 100м, за формою аналогічна зоні захисту одиночного стержньового блискавковідводувисотою менше 60 м, за основу конуса приймається коло радіусом 90 м.
Радіус захисту rx при висоті споруди h x, що захищаеться, дляцього випадку визначається такими виразами:
а) при /> />
б) при /> />.
При захистідовгих споруд встановлюють два стержньових блискавковідводи. Зона захистурівних за висотою ( h не більш 60 м) блискавковідводів із відстанню міжними а зображена на рис. 2.
/>
Рис. 2. Схемазахисту будівлі від блискавки двома стержньовими блискавковідводами
Торцева частиназони захисту визначається як зона одиночних стержньових блискавковідводів.Верхня межа зони являє собою дугу кола, що проходить через вершиниблискавковідводів з центром, який знаходиться на перпендикулярі, проведеному зісередини відстані на висоті 4h.
Окреслення зонизахисту в перерізі вертикальною площиною посередині між блискавковідводамивизначають за правилом побудови зони захисту одиночного стержньовогоблискавковідводу висотою h0 (рис. 2), при цьому радіус основиr0 = 1,5 h0 .
Висоту зони в серединіподвійного стержньового блискавковідводу h0, при відомійвисоті h та довжині будови а визначають за формулою
/>.
При побудовіподвійного стержньового блискавковідводу слід враховувати, що при а >5h спільна дія одиночних блискавковідводів порушується, оскільки втакому випадку h0 = 0.
Висотублискавковідводу при відомих h0 та а розраховують заформулою
/>
За дуже довгихпобудовах, коли блискавкозахист не можна виконати двома стержньовимиблискавковідводами, влаштовують одиночні або подвійні тросові (антенні)блискавковідводи.
У такомублискавковідводі верхня частина захисту обмежується горизонтальною прямою, якапроходить через точку максимального провисання троса. Зона захисту в вертикальномуперерізі, перпендикулярному тросу посередині між опорами, за своєю формоюстержньовим блискавковідводам, але радіус основи зони захисту при тросовомублискавковідводі r0= 1,25. При розрахунках зони захисту, щоутворюється тросовим блискавковідводом у перерізі А – А (рис..3),треба додержуватись формули:
а) при /> />
б) при /> />
/>
Рис. 3. Схемазахисту будівлі від блискавки одинарним тросовим блискавковідводом.
Розрахунковависота опор троса складається з розрахункової висоти троса блискавковідводу h0та величини стріли провисання троса. Стріла провисання для стального тросаперерізом 35–50 мм2 приймається:
для прольотівдовжиною до 120 м – 2 м;
для прольотівдовжиною від 120 до 150 м – 3 м.
При застосуванніодиночного або подвійного стержневого блискавковідводу перерізблискавкоприймача повинен бути не менше 100 мм2. За струмоприймачможна використовувати стальний дріт діаметром 6 мм.
Конструкція контурузаземлення та його розрахунок
Опір заземленнярозтіканню струму при стержньовому блискавковідводі повинен бути не більше 10Ом.
Конструкціяконтуру заземлення може бути різною. Але частіше всього вона виконується ізтрубчастих або виготовлених з кутиків стержнів, які вбиваються в ґрунт донезамерзаючого шару.
Верхні кінцістержнів з’єднуються між собою металічною штабою за допомогою круглогозалізного прута або електрозварюванням. До контуру також електрозварюваннямприєднують товстий залізний провід (перетином не менше 50 мм2), якийз’єднується зі струмопроводом.
/>/>
Рис. 4. Типиодиночних заземлювачів: а) – верхній кінець стержня на рівні землі; б) – верхнійкінець стержня заглиблений; в) – горизонтальний смуговий заземлювач
Надійністьзахисного заземлення залежить від величини його опору.
Опоромзаземленняназивають опір, який віддає земля поширенню електричного струму із заземлювачав ґрунтовий шар.
Опіррозповсюдженню одиночних трубчастих або стержньових заземлювачів, верхнійкінець якого знаходиться на рівні поверхні землі (рис. 7.4, а), визначається заформулою:
/>
При заглибленнітруби (стержня) нижче рівня поверхні (рис. 7.4, б) розрахунок ведеться заформулою:
/>
Відповідно допродольного смугового заземлювача (рис. 7.4, в) опір можна знайти за допомогоюформули
/>
У наведенихформулах прийняті такі позначення:
/>– питомий опір ґрунту, />
/>–довжина заземлюючоїтруби або стержня, см;
d – діаметр трубиабо стержня, см;
b – ширина штаби,см;
h – відстань відповерхні землі до середини заземлювача, см.
Питомий опір ґрунту/> залежить від стану ґрунту,його структури, наявності солей та його вологості. При розрахунках застосовуютьсереднє значення питомого опору ґрунту (табл. 1).
У відповідності доправил встановлення стержньових блискавковідводів при захисті тваринницькихприміщень щогли та заземлювачі розміщують не ближче 4 м від будови. З метоюпопередження враження кроковою напругою місце заземлення повинно бутиогороджено, щоб тварини не змогли підійти ближче 3 м.
При влаштуваннідекількох блискавковідводів заземлювач повинен бути загальним для всіхблискавковідводів.
Оскільки грозовийрозряд відбувається миттєво, то через блискавковідвод перебігає імпульселектричного струму. Опір заземлювача поширенню імпульсного струму менший, ніждля струму промислової частоти. Ця різниця враховується імпульсним коефіцієнтом/> (табл. 2).
Таблиця 1. Питомийопір ґрунту, />Характер ґрунту (за вологості 10–20%)
Межа вимірювань
/> = 104 />
Рекомендується для розрахунків />, Ом/> Пісок 4,0–10,0
7,0 . 104 Супісок 1,5–4,0
3,0 . 104 Суглинок 0,5–1,5
1,0 . 104 Глина 0,1–0,7
0,4 . 104 Чорнозем 0,1–5,8
2,0 . 104
Таблиця 2 Наближенезначення імпульсних коефіцієнтів для одиночних заземлень
Питомий опір ґрунту, Ом. см
Імпульсивні коефіцієнти /> одиничних заземлень для труб довжиною 2–3 м для горизонтального троса довжиною, м 10 20 30 40
104 0,80 0,90 1,10 1,40 1,70
3. 104 0,60 0,70 0,90 1,00 1,30
5. 104 0,40 0,70 0,70 0,80 0,90
105 0,35 0,40 0,60 0,70 0,80
Опір розтіканнюімпульсного струму Ri знаходять за формулою
/>
де /> – імпульсний коефіцієнт;
/> – опір розтіканню струмупромислової частоти, Ом.
При розрахункублискавковідводів для будівель і споруд визначають висоту блискавковідводу h,опір контуру заземлення />, зонузахисту тощо. Висоту блискавковідводів знаходять за формулою (49) та (50), аопір контуру заземлення за формулою (53).
Наведемо декількаприкладів для розрахунків блискавкозахисту.
Приклад 1.
Визначити висотуодиночного стержньового блискавковідводу будинку висотою hx = 10 м,а радіус захисту rx = 8 м.
Розв’язок.
Підставимозначення hx та rx у формулу.
/> />
Звідси /> м.
Приклад 2.
Визначити висотуодиночного стержньового блискавковідвода для окремо стоячого складу шириною 5 мта довжиною 10 м. Висота зони захисту /> м.
Розв’язок.
Визначимо радіусзони r x за формулою
/> ,
де а та b– ширина та довжина складу відповідно.
У даному випадку
/> м.
Підставимозначення /> та /> у формулу
/>
/> м.
Приклад 3.
Розрахуватиімпульсний опір заземлювача грозового захисту, встановленого в сугликовому ґрунті.Довжина смуги 8 м, ширина 0,6 м, глибина укладки смуги 1 м.
Розв’язок.
Опір протяжногозаземлювача знаходимо за формулою
/>
З табл. 7.1 /> . Звідси:
/>15,2 Ом.
З табл. 7.2 заданими умовами />=0,9; тоді заформулою (54)
/> Ом.
Контрольнізапитання
1. З якихелементів складається блискавковідвод?
2. Якимвимогам повинен відповідати устрій блискавковідводів?
3. Якпобудувати зону захисту одиночних стержньових блискавковідводів висотою h ?
4. Якрозрахувати висоту одиночного стержньового блискавковідводу?
5. Якіособливості розрахунку опору контуру заземлювача для блискавковідводів?
Самостійнаробота
Провести розрахунки елементів блискавкозахисту згідно зізавданням, виданим викладачем.