Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Молниезащита зданий и сооружений




На земном шаре в среднем за сутки происходит около 44 тысяч гроз, сопровождающихся электрическими разрядами, называемыми молнией.

Молнией называется разряд между электрически заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными областя­ми двух облаков. Электростатическая электризация грозовых облаков происходит в результате движения мощных воздушных потоков и конденсации в них водяных паров.

Во время грозового разряда в течение очень короткого вре­мени около 100 мкс при токе молнии порядка 100—200 кА в начале молнии развивается температура до 30000°С. Вследствие быстрого расширения нагретого воздуха возникает с большим шумом взрывная волна.

В разных районах нашей страны число грозовых дней и число грозовых часом различно. Так, на южных приморских террито­риях европейской части СССР среднее годовое число грозовых часов превышает 100, в средней полосе европейской части — от 60 до 80, а в районах Крайнего Севера и в пустынных районах Средней Азии (Каракумы) — менее 10 ч.

Ток молнии производит электромагнитное, тепловое и меха­ническое воздействия на те сооружения, по которым проходит во время удара молнии.

Молниезащитой называется комплекс защитных уст­ройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии.

При прямом ударе молнии в объект через него проходит крат­ковременный (импульсный) ток молнии. Помимо прямого удара, проявления молнии могут быть в виде электростатической и элек­тромагнитной индукции.

Электростатическая индукция проявляется в том, что на изо­лированных металлических предметах в результате разряда мол­нии наводятся опасные электрические потенциалы, в результате чего возможно искренне между отдельными металлическими эле­ментами конструкций и оборудования.

Под действием электромагнитной индукции в незамкнутых металлических контурах в результате изменений тока молнии (изменений магнитного ноля) наводится э. д. с, что приводит к опасности искрения в местах сближения этих контуров.

При грозе во время ударов молнии в различные промышлен­ные, транспортные и другие объекты, находящиеся вдали от про­изводственных зданий и сооружений, возможно проникновение («запое») электрического потенциала в защищаемое здание но внешним металлическим сооружениям и коммуникациям (эста­кады, монорельсы, канатные дороги, трубопроводы, кабели с ме­таллическими оболочками и др.).

Для приема электрического разряда молнии и отвода ее то­ков в землю служат специальные устройства, называемый молние­отводами.

Молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Наиболее распространены стерж­невые и тросовые молниеотводы. Каждый молниеотвод создает определенную зону защиты — часть пространства, в пределах которого обеспечивается защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии.

Производственные, жилые и общественные здания и сооруже­ния в зависимости от их назначения, а также от ожидаемого ежегодного количества поражений их молнией должны иметь молниезащиту в соответствии с одной из трех категорий устройств (см. СН 305-69). Так, взрывоопасные производственные здания и соору­жения классов B-I и В-II, находящиеся в любой местности СССР, должны иметь I категорию молниезащиты. Наружные техноло­гические установки, содержащие взрывоопасные газы, пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, относимые ПУЭ к классу В- Iг на всей территории СССР, — устройства молниезащиты II категории. Молниезащиту III категории должны иметь здания и сооружения классов П-I, П-II и П-IIа при усло­виях:

1) объекты расположены в местностях со средней грозовой деятельностью 20 грозовых часов в год и более;

2) ожидаемое количество поражений не менее 0,05 вгод для зданий и сооружений I и II степеней огнестойкости;

3) ожидаемое количество поражений не менее 0,01 в год для зданий и сооружений III, IV и V степеней огнестойкости.

Ожидаемое количество поражений в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой, определяется но формуле

N = (S+Зhx) (L + 3hx) п • 10-6,

где S — ширина здания (сооружения), м; L — длина здания (сооружения), м; hx —высота здания по его боковым сторонам, м; п — среднее число поражений молнией 1 км2 земной поверхности в год в месте строительства здания, определяемое но табл. 8-9.

Таблица 8-9

Среднее число поражений молнией 1 кмг земной поверхности

Грозовая деятельность, ч/год Среднее число поражений молнией
20—40 40-60 60—80 80—100 Более 100 2,5 3,8 5,0 6,3 7,5

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к I и II категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индук­ций и от проникновения высоких относительно земли потенциа­лов через надземные и подземные металлические коммуникации, а здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, — от прямых ударов молний и проникновении заноса высоких потенциалов через надземные коммуникации, а в отдельных случаяхиот электростатической индукции.

При прохождении тока мол­нии через молниеотвод на почве вблизи заземлителей могут воз­никнуть опасные для людей по­тенциалы. Поэтому необходимо заземлители молниеотводов раз­мещать в редко посещаемых мо­стах и удалении на 5м и более от проезжих и пешеходных до­рог. Токоотводы следует распола­гать в отдалении от входов в здания.

Рис. 8-1. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод.

При защите от прямых уда­ров молний отдельных небольших зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к II и III категориям, необходимо использовать в качестве мол­ниеотводов вытяжные трубы, водонапорные башни и др.

Молниезащитные устройства в зависимости от категории мо­гут быть выполнены различно.

В качество защиты от прямых ударов молнии зданий и соору­жений, относимых по устройству молниезащиты к I категории, следует применять, отдельно стоящие стержневые (рис. 8-1) или тросовые (рис. 8-2) молниеотводы, а при невозможности их соору­жения допускается установка изолированных молниеотводов на самом защищаемом сооружении (рис. 8-3).

При установке отдельно стоящих и изолированных стержне­вых или тросовых молниеотводов необходимо удалять элементы
молниеотвода от защищаемого объекта и подземных металличес­ких сооружений на достаточно безопасные расстояния во избе­жание перекрытии. Так, согласно СН 305-69 расстояние Sв от токоотвода отдельно стоящего стержневого молниеотвода до защищаемого объекта при высоте l объекта, равной 30 м (рис. 8-1),
должно быть около 4 м.

Во избежание проникновения высоких электрических потен­циалов в защищаемые сооружения по подземным металлическим коммуникациям необходимо за­землители защиты от прямых Ударов молнии и подводы к ним располагать на расстоянии S3=0,5Rи, но не менее 3 м, где Rи — значение импульсного со­противления каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии.

Импульсное сопротивление заземлителя Rи — электрическое переходное сопротивление между электродами заземлителя и землёй при протекании токов молнии, не поддающееся измерению общепринятыми методами. Оно связано с сопротивлением заземлителя R при растекании токов промышленной частоты через импульсный коэффициент

Рис. 8-2. Отдельно стоящий тросовый молниеотвод.

Величина импульсного сопро­тивления заземлителя должна быть не более 10 Ом.

Импульсное сопротивление Rн может быть определено в зави­симости от удельного сопротив­ления грунта по табл. 8-10. Для зданий и сооружений высотой более 30 м в случаях, когда устройство отдельно стоящего или изолированного мол­ниеотвода не представляется возможным, защиту от прямых уда­ров молнии допускается осуществлять установкой на здании или сооружении неизолированных стержневых или тросовых молние­отводов либо наложением молниеприемной сетки на неметалли­ческую кровлю, либо использованием в качестве молниеприемника металлической кровли здания, в этом случае должно быть не менее двух токоотводов, а молниеприемная сетка должна быть изготовлена из стальной проволоки диаметром 6—8 мм с ячей­ками площадью не более 36 м2 с проваркой узлов.

 

Рис. 8-3. Стержневой молниеотвод, изолированный от защищаемого объекта деревянной стойкой.

Значения импульсных сопротивлений заземли-телей Rи, Ом     Значения сопротивлений растеканию (Ом) тока про­мышленной частоты и зави­симости от удельного сопротивления грунта (Ом·м) Значения импульсных сопротивле­ний заземлителей Rи , Ом     Значения сопротивлений (Ом) тока про­мышленной частоты и зави­симости от удельного сопротивления грунта (Ом·м)
  до 102   5·102   105 более 103   до 102   5·102   105 более 103
7,5

 

 

Металлические элементы здания или сооружения, расположен­ные на крыше (трубы, ограждения и др.), должны быть соединены проводником со стальной кровлей или сеткой, а неметаллические части, возвышающиеся над кровлей, — оборудованы дополни­тельными стержневыми молниеприемниками, присоединенными к
металлу крыши или сетки.

Токоотводы, соединяющие молниеприемную сетку или металл кровли с заземлителями, прокладываются по всем углам здания и не более чем через каждые 25 м по его периметру. В качество токоотводов при таком устройстве рекомендуется использовать все имеющиеся наружные вертикальные стальные конструкции здания или сооружения (колонны, пожарные лестницы и др.) при условии их непрерывной электрической связи. По каждому этажу или не более чем через каждые 9 м по высоте необходимо проложить стальные пояса из полосовой стали (для выравнивания потенциалов), к которым следует присоединить все токоотводы, металлические конструкции и оборудование, установленное внутри здания.

Каждый токоотвод такого устройства присоединяют к отдель­ному заземлителю с импульсным сопротивлением но более 5 Ом пли к замкнутому контуру, уложенному по периметру здания, величина сопротивления которого но нормируется. При этом ре­комендуется не использовать совмещенное заземляющее устройство от прямых ударов молнии, защитного заземления электроустано­вок и защиты от электростатической индукции. Кроме того, к заземлителю должны быть присоединены также все вводимые в защищаемое здание подземные металлические трубопроводы и оболочки кабелей.

При этом отдельной защиты от электростатической индукции не требуется. Защита от опасности искрения, вызнанного разрядами элек­тростатической индукции в зданиях и сооружениях, защищаемых от прямых ударов молний отдельно стоящими или изолированными стержневыми или тросовыми молниеотводами, выполняется путем присоединения металлических корпусов всего оборудования к спе­циальному заземлителю или к защитному заземлению электро­оборудования. В этом случае сопротивление растеканию тока промышленной частоты специального заземлителя должно быть не более 10 Ом.

Для зашиты от опасности искрения, вызванного разрядами от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлическими предметами, в местах их взаим­но го сближения на расстояние 10 см и меньше через каждые 20 м длины следует приваривать стальные перемычки с тем, чтобы не было незамкнутых электрических контуров.

Для защиты от опасности искрения, вызванного проникнове­нием высоких электрических потенциалов по подземным трубо­проводам и оболочкам наболей, перед вводом в здание их присое­диняют к заземлителям молниезащиты от электростатической ин­дукции или к защитному заземлению электрооборудования.

Для защиты от опасности искрения, вызванного проникнове­нном высоких электрических потенциалов по внешним коммуни­кациям, внешние металлические конструкции и трубопроводы на вводе и на ближайшей к сооружению опоре следует присоединить, к заземлителю с импульсным сопротивлением не более 10 Ом, а также через каждые 250—300 м вдоль трассы эстакады присое­динить трубопроводы к заземлителям с импульсным сопротивле­нием не более 50 Ом.

Ввод в здания электросетей до 1000 В, линий телефона и радио необходимо осуществлять кабелем или кабельной вставкой длиной не менее 50 м. В этом случае металлическую оболочку кабеля надо присоединить у ввода в сооружение к защитному заземле­нию электрооборудования здания. Вводы воздушных линий элек­тропередачи напряжением выше 1000 В выполняются в соответ­ствии с ПУЭ.

Молниезащита от прямых ударов молнии зданий и сооруже­ний, относимых по устройству молниезащпты к III категории, должна выполняться отдельно стоящими или установленными на зданиях неизолированными стержневыми пли тросовыми молние­отводами или путем наложения молниеприемной сетки на неме­таллическую кровлю пли использования в качестве молниеприемника металлической кровли здания и сооружения. Про стержне­вых или тросовых молниеприёмниках число токоотводов должно быть не менее двух, проложенных на расстоянии не менее 1.5 м или по противоположным стопам здания. Молниеприемная сетка должна иметь ячейки площадью не более 150 м2, а ее токоотводы (также и при использовании в качестве молпиеприемника метал­лической кровли) должны быть проложены по углам здании или сооружения и не более чем через каждые 25 м по его периметру. В зону защиты молниеотводов должны входить все выступающие части здания. При наличии на здании или сооружении газоот­водных или дыхательных труб для свободного отвода в атмос­феру газов взрывоопасной концентрации пространство над об­резом труб, ограниченное полусферой радиусом 5 м, должно вхо­дить в зону защиты молниеприемника.

В отличие от молниезащиты I категории при устройстве мол­ниезащиты II категории расстояние от отдельно стоящих молние­отводов до защищаемого здании и сооружения и до подземных коммуникаций не нормируется. Величина импульсного сопро­тивления каждого заземлителя не должна превышать 10 Ом, а в грунтах с большим удельным, сопротивлением (около 5 • 101 Ом ·см и выше) допускается до 30 Ом. Во всех случаях разрешается объе­динение заземлителей от прямых ударов молнии, защитного за­земления электрооборудования и заземлителя от электростати­ческой индукции.

 

Рис. 8-4. Общий вид небольшого строения оборудованного молниезащитой.

1 – молниеприёмник; 2 – токоотводы; 3 – заземлитель.

 

При устройстве молниезащиты II категории рекомендуется в качестве токоотводов использовать металлические конструкции здания или сооружения: колонны, фермы, рамы, пожарные лестницы, стальные направляющие рельсы лифтов и т. п. На зданиях с верхним перекрытием из сталь­ных ферм установки молниеприем-ников или наложения молниеприемной сетки не требуется.

При защите от прямых уда­ров молнии молниеотводами или молниеприемной сеткой, установ­ленными на здании шириной 100 м и более, а также при использова­нии металлической кровли, кроме наружных заземлителей, необхо­димо устраивать дополнительные заземлители для выравнивания потенциалов внутри здания. Эти заземлители выполняются в виде полос сечением 100 мм2, уложен­ных в грунте на глубине не менее 0,5 м не более чем через 60 м по ширине здания. С двух сторон по торцам здания эти заземли­тели должны быть соединены с наружным контуром заземлите­ля защиты от прямых ударов молнии, а также подсоединены к токоотводам от молниеприемников с шагом не более 60 м.

Наружные взрывоопасные установки, относящиеся к классу В-Iг и выполняемые из металла, защищаются от прямых ударов молнии молниеотводами, установленными отдельно или па са­мом сооружении. Если толщина крыши 4 мм и более, а также в случае защиты резервуаров емкостью до 10 м3 независимо от тол­щины металла достаточно их присоединить к заземлителям.

Наружные взрывоопасные установки класса В-IIг с корпусами из железобетона или синтетических материалов должны быть защищены от прямых ударов молнии либо устройством отдельно стоящих или установленных на них молниеотводов, либо нало­жением стальной сетки, присоединенной к заземлителю. Зазем­лители должны иметь импульсное сопротивление не более 50 Ом на каждый токоотвод.

Защита от электростатической индукции осуществляется пу­тем присоединения всего оборудования и аппаратов к защитному заземлению электрооборудования.

Защита от электромагнитной индукции и заноса потенциалов осуществляется аналогично молниезащите I категории.

Для защиты от прямых ударов молнии небольших строений IV и V степеней огнестойкости допускаются упрощенные молниезащитные устройства, например в виде натянутой на деревянных планках стальной проволоки (рис. 8-4), расположенной над конь­ком крыши на расстоянии не менее 250 м от конька. Для защиты дымовых труб и уменьшении провеса проволоки последняя прик­репляется с помощью «вилки» из такой же проволоки. Концы «вилки» должны выступать над трубой не менее чем на 250 мм.

От молнеприемников по торцевым степам строения прокладываются токоотводы к заземлителям, сопротивление которых должно быть не ме­нее 20 Ом.

Наружные металлические уста­новки или отдельные емкости, содер­жащие горючие вещества с температурой вспышкивыше 45°С (установки класса П-III), защищают от прямых ударов молнии следующим способом.

Если корпус имеет толщину ме­таллической крыши менее 4 м, уста­навливают молниеотводы (отдельно стоящие или на самом сооружении). При толщине металла 4 мм и более достаточно сооружение заземлить. Корпуса емкостей вместимо­стью менее 10 м3 независимо от толщины металла крыши также доста­точно заземлить. Установки из же­лезобетона или синтетических мате­риалов защищаются от прямых ударов молнии отдельно стоящими или установленными на них молниеотводами либо путем нало­жении на них молниеприемной сетки, присоединяемой к зазем­лению.

Неметаллические вертикальные вытяжные трубы промышлен­ных предприятий и котельных, водонапорные башни, пожарные вышки высотой 15 м и более защищают молниеотводами, установ­ленными на них. Для металлических труб, башен и вышек уста­новка отдельных молниеприемников и токоотводов не требуется. Величина импульсного сопротивления заземлителей труб, башен и вышек должна быть не более 50 Ом на каждый токоотвод.

Для защиты от проникновения высоких электрических потенциалов внешние металлические коммуникации необходимо на вводе присоединить к заземлителю с импульсным сопротивлением не более 20 Ом (например, к заземлению защиты от прямых уда­ров молнии). На ближайшей к сооружению опоре металлическую конструкцию следует присоединить к заземлителю с импульсным сопротивлением не более 20 Ом.

Защита от проникновения высоких электрических потенциа­лов для воздушных линий должна выполняться в соответствии с требованиями ПУЭ.

Каждый молниеотвод в зависимости от его конструкции имеет определенную зону защиты. Так, для одиночного стержневого молниеотвода высотой h≤ 60 м зона защиты представляет собой конус с образующей в виде ломаной линии (рис. 8-5). Основание

 
 

 

 


Рис. 8-5. Зона защиты одиноч­ного стержневого молниеотвода высотой до 60 м.

а — зона защиты и разрезе; б — сечение по X X (на высоте hx).

 
 

 

 


Рис. 8-6. Зона защиты тросового молниеотвода высотой до 60 м.

а — очертания зоны защиты в вертикальном сечении, вдоль троса; б — очертания зоны защиты в вертикальном сечении, перпендикулярном тросу между опорами; в — очертания зоны защиты в горизонтальной плоскости на уровне hx.

конуса имеет радиус r=1,5h. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hx представляет круг радиусом rх (радиус защиты). Для графического построения образующей конуса зоны защиты необходимо соединить вершину молниеотвода с точками, расположенными на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии r/2 = 0,75h в обе стороны от него. Затем точку на молниеотводе, располо­женную на высоте 0,8h, соединить с точками на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии r = 1,5h в обе стороны от него. Радиус зоны защит па высоте hx опреде­ляется следующими соотношениями:

rx = 1,5(h – 1,25hx) при 0≤hx ≤ 2/3h;

rx1 = 0,75(h – hx1) при 2/3h≤hx1 ≤ h;

Д л я одиночного тросо в о г о м о лн и е о т в о д а высотой h≤60 м с расстоянием между опорами зона защиты приведена па рис. 8-6. Для расчета зоны защиты принимаются следующие дополнительные обозначения: hоп — высота опоры; h — высота молниеотвода, равная расстоянию от земли до точки максимального провеса троса.

Принимается, что верхняя часть зоны ограничена горизон­тальной прямой, проведенной вдоль троса из точки максимального его провеса. Торцевые части зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Очертание зоны защиты в вертикальном сечении, перпендикулярном тросу посре­дине между опорами, определяется по правилу построения зоны защитного одиночного стержневого молниеотвода высотой h0, где h0 — наименьшая высота зоны между опорами. Ширина зоны защиты в средине между опорами на уровне земли составляет 2r0 ,а на высоте hх равна 2r0x, причем r0 следует принимать равным 1,25 h.

Графическое построение зоны защиты в горизонтальной плос­кости на уровне hx производится путем нанесения окружностей, изображающих зоны защиты, от каждой опоры молниеотвода на высоте hx и соединением их касательными с точками, находящи­мися посередине расстояния δ и отстоящими от прямой, соединя­ющей опоры, на расстоянии rох.

При расчетах зоны защиты в сечении А А следует пользо­ваться формулами:

rox = 1,25(h – 1,25hx) при 0≤hx ≤ 2/3h;

rox = 0,625(h – hx) при 2/3h≤hx ≤ h;

 

Для обеспечения расчетной высоты тросового молниеотвода высота опор hoп должна быть выбрана с учетом стрелы провеса. Для стального троса сечением 35—50 мм2 при пролетах δ ≤120 м принимают стрелу провеса 2 м; для пролета δ = 120 ÷ 150 м принимают 3 м. Высоту опор получают путем сложения расчет­ной высоты молниеотвода и стрелы провеса.

Конструкции молниеотводов. Опоры стержневых молниеотво­дов могут быть выполнены из стали любой марки и предохранены от коррозии окраской. Деревянные опоры и пасынки следует пропитывать антисептиками. В качестве опор молниеотводов до­пускается использование стволов деревьев, растущих вблизи защищаемых зданий и сооружений.

Молниеприемники могут быть изготовлены из стали любых марок. Они должны быть окрашены или оцинкованы. В качество молниеприёмников могут служить металлические конструкции зданий и сооружений, например дымовые и выхлопные трубы, дефлекторы, кровля и др. Для стержневых молниеотводов молниеприемники изготовляются из стали любого профиля сечением не менее 100 м2 и длиной не менее 200 мм. Для тросовых молниеотво­дов молниеприемники следует изготовлять из многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм2.

Соединение молниеприемников с токоотводами выполняется сваркой. Соединение стальной кровли с токоотводами выполня­ется при помощи специальных зажимов.

В качестве токоотводов и заземлителей могут быть исполь­зованы круглые тросы, прямоугольные полосы, угловая сталь пли стальные трубы сечением согласно табл. 8-11.

Таблица 8-11

Наименьшие размеры стальных токоотеодое и заземлителей

 

    Форма токоотводов и заземлителей Внутри здания и на возду­хе Снаружи здания и на возду­хе   В земле
Диаметр круглых тросов, мм…………………….    
Сечение прямоугольных шин, мм2………………
Толщина прямоугольных шин, мм………………
Сечение угловой стали, мм2……………………...
Толщина полок, уголка, мм……………………… 2,5
Толщина степок стальных труб, мм…………….. 1,5 2,5 3,5

 

Заземлители в зависимости от их расположения в грунте мо­гут быть углубленными, вертикальными, горизонтальными и ком­бинированными.

Углубленные заземлители изготовляются из полосовой пли прутковой стали и укладываются горизонтально на дно котлована в виде протяженных элементов или контуров по периметру фун­дамента здания.

Вертикальные заземлители из стальных стержней ввинчиваются или забиваются в грунт на глубину 4—5 м.

Горизонтальные заземлители из полосовой стали укладывают­ся в грунте на глубине 0,6—0,8 м от поверхности одним или нес­колькими расходящимися лучами.

Комбинированные заземлители — вертикальные и горизонталь­ные, объединенные в одну общую систему.

Все соединения заземлителей и между собой и с токоотводами выполняются сваркой, причем длина сварочного шва должна быть не менее двойной ширины свариваемых полос и не менее шести диаметров свариваемых круглых проводников. Болтовые соединения разрешаются только для временных заземлителей.

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-04-04; просмотров: 137; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.015 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты