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 –

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.

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

2.4. Проверочный расчет высоты молниеотвода

Для подтверждения правильности, найденного графо- эмпирическим методом значения полной высоты молниеотвода h выполняется его проверочный расчет. Для чего повторно выполняются действия п. 3.3 с подстановкой в уравнения (табл. 3.2) найденного значения h.

В случае, если полученная зона защиты удовлетворяет условиям защиты объекта от молнии, то найденное значение h верное, и расчет молниеотвода заканчивается. В случае, если полученная зона защиты не удовлетворяет условиям защиты объекта от молнии, то расчет повторяется до получения необходимых результатов.

ПРИМЕР

Входные параметры

Ширина объекта – S = 11 м.

Длина объекта – l = 34 м.

Высота объекта– h_б = 5 м.

Угол наклона склона, на котором находится объект  = 11 град.

Удельное сопротивление грунта  = 234 Ом/м.

Объект – вычислительный центр

Параметры грозовой деятельности n _год = 75 часов/год.

Расчет молниеотвода

Согласно требований руководящих документов [1, 2], данный объект является объектом I категории молниезащиты.

1. Рассчитывается ожидаемое число поражений N молниею за год заданного объекта.

   1. Согласно табл.1.1 определяем среднее число ударов молниею за год на 1 км²n_км:

n_км = 9 ударов/(год /км² )

1. 2 С использованием формулы (2.1) определяем ожидаемое число поражений молниею нашего объекта N за год, который не будет оборудован молниезащитой.

0,0236.

1. На основании того , что N < 1 (табл. 2.1), определяется тип зоны защиты :

тип В.

2. Согласно п. 2.2 определяется наименьшее допустимое расстояние по воздуху от объекта до опоры S_в.

S_в = 3 +10^-2(234 – 100) = 4,34 м.

3. С использованием графо- аналитического метода (п. 2.3.) определяем параметры зоны защиты и находим полную высоту молниеотвода h:

h = 23,6 м.

4. Выполняем проверочный расчет высоты молниеотвода, результаты которого подтверждают правильность полученного результата.

Определение высоты молниеотводов подстанции Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 621.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ ПОДСТАНЦИИ

М. В. Шкаруба, Д. И. Данилов

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-3-140-144

Аннотация — в статье отмечено, что с переходом со старой методики расчета высоты молниеотводов [1] на новую методику [2] существенно усложнилась задача определения высоты молниеотводов подстанции. Это вызвано тем, что в новой методике отсутствуют формулы для расчета зон защиты 3 и 4 молниеотводов. В результате проведенных расчетов и экспериментов были предложены формулы расчета для 3 и 4 молниеотводов для новой методики, что теперь позволяет выполнять молниезащиту подстанции так же, как и по старой методике.

Ключевые слова: молниезащита, защита подстанции, молниеотвод, прямой удар молнией.

I. Введение

Для защиты подстанций от прямых ударов молнии обычно применяются стержневые молниеотводы. Защитное действие такого молниеотвода основано на явлении избирательной поражаемости молнией высоких объектов. Зоной защита молниеотвода называют пространство вокруг молниеотвода, в котором поражение защищенных объектов маловероятно. Зоны защиты молниеотводов определяются экспериментально на моделях. Долгие годы молниезащита подстанции выполнялась по методике, предложенной во Всесоюзным электротехническом институте им. В.И. Ленина (ВЭИ) на основе исследований, проведенных в 1936-1940 гг. А.А. Ако-пяном.

Зона защиты одиночного молниеотвода по этой методике представляет собой «шатер» (рис.1,а). Если объект находится на границе этой зоны (hx), то защищен с вероятностью Р ~ 0,999.

Рис.1. Зоны защиты одиночного молниеотвода высотой до 60 м по методике Акопяна (а)

и по новой методике (б)

Зона защиты двух молниеотводов шире, чем простая сумма зон одиночных молниеотводов. Граница внешней зоны определяется так же, как и для одиночного молниеотвода. Граница зоны защиты между молниеотводами (в вертикальном сечении) определяется окружностью радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку, расположенную посредине между молниеотводами на высоте: h = h — a/7, где а — расстояние между молниеотводами, м (рис. 2,а).

Зона защиты трех и более молниеотводов превышает сумму защиты одиночных молниеотводов. На рис. 2 показана зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении. Внешняя часть зоны защиты определяется так же, как и зона защиты двух молниеотводов. А условие защищенности всей остальной площади, ограниченной треугольником, выражается соотношением ha > D/8, где D — диаметр окружности, проведенной через три молниеотвода, ha — активная зона защиты.

Для четырех молниеотводов, лежащих в вершинах прямоугольника, при проверке защищенности всей площади на уровне Ьх нужно брать диагональ D .

При произвольном расположении четырех и более молниеотводов защищаемую площадь нужно разбить на треугольники.

Эта методика вошла в «Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов» [1]. Она очень удобна для расчетов, так как позволяет по высоте защищаемого объекта сразу определять высоты 3 — 4 соседних молниеотводов. Методика хорошо продумана для расчета защиты подстанций от прямых ударов молнии [3]

II. Постановка задачи

В дальнейшем было решено перейти на международные стандарты, и в 2003 году приказом Минэнерго России утверждена новая «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» [2]. В новой методике расчета зона защиты одиночного молниеотвода высотой до 150 м представляет собой круговой конус высотой (рис.1, б). На рис. 2, а приведена зона защиты двойного молниеотвода (кривой для примера изображена зона защиты двух молниеотводов по методике Акопяна).

Новая методика содержит формулы расчета для одного и двух молниеотводов для разных надежностей, но использовать ее для расчета подстанций очень сложно, так как в ней отсутствуют формулы для 3 и 4 молниеотводов.

На кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ было предложено усовершенствовать эту методику расчета и довести ее до удобного применения. ,2,3,4 = Ь + D/8,

(1)

только здесь должен стоять другой коэффициент К, а не 8.

Эти зависимости можно получить, если преобразовать формулы, приведенные в [2]. Однако расчеты показали, что коэффициент К в этой методике не является постоянным и зависит от многих причин. Особенно сильно влияет вероятность защиты. Влияют на коэффициент К также размеры защищаемой площади.

Поэтому было решено найти значение коэффициента К для конкретной задачи. В качестве такой задачи была выбрана молниезащита типовой подстанции 110/ 6-10 кВ [3] (рис. 3). Подстанцию будем защищать с вероятностью Р ~ 0,999. Если изменять размеры подстанции в допустимых пределах, то значение коэффициента К для расчета этой подстанции можно принять равным 7:

Ь123 = Ь + D/7 и Ь1234 = Ь + D/7

(2)

Рис. 2. Зона защиты двойного молниеотводов (а) (здесь Ис — наименьшая высота защиты между молниеотводами по методике Акопяна) и зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении (б) на высоте Ъ :

1, 2, 3 — молниеотводы

Как показали расчеты, молниеотводы будут получаться примерно на 5% выше, чем по методике Акопяна. Это вызвано тем, что у новой методики значение Ь (рис. 2, а) для двух молниеотводов немного меньше, чем по методике Акопяна.

Рис. 3. Типовая понизительная подстанция на 110/6-10 кВ

IV. Результаты эксперимента

Полученные расчеты были проверены экспериментально. Для этого использовался ГИН-300 кВ (рис. 4,а). Для него был изготовлен макет подстанции в масштабе, это площадка с 4 молниеотводами и защищаемым объектом в центре (рис. 4,б). Защищаемый объект и молниеотводы были выполнены на резьбе, что позволяло регулировать их высоты. Сначала была установлена высота защищаемого объекта, по формуле (2) вычислены и установлены все 4 молниеотвода. Затем выполнялось по 1000 разрядов ГИН, и высота защищаемого объекта менялась до тех пор, пока в него не приходился всего 1 разряд ГИН. Экспериментальные и расчетные данные хорошо совпадали.

а) б)

Рис. 4. Фотографии генератора импульсных напряжений ГИН-300 кВ (а) и площадки с защищаемым объектом и 4 молниеотводами (б).

В дальнейшем была сделана точная модель подстанции на 110/6-10 кВ и эксперимент повторен на ГИН-1 МВ (рис. 5). Этот эксперимент был необходим для того, чтобы исключить влияние электрооборудования на точность расчета. Во время эксперимента после установки расчетных значений высот молниеотводов все разряды приходились в молниеотводы.

Рис. 5. Фотографии генератора импульсных напряжений (а) и модели подстанции на 110/6-10 кВ (б).

V. Обсуждение результатов

Расчеты и эксперименты показали, для новой методики получить универсальные формулы для 3 и 4 молниеотводов, таких как в методике Акопяна (1), не удается. Основная причина в том, что, в отличие от методики Акопяна, здесь в очень широком пределе изменяется надежность защиты ( у Акопяна надежность была принята Р ~ 0,999). А вот для конкретной надежности формулы, например, для Р ~ 0,999, можно принять следующие формулы

Ь1>2,з = Ь + Б/7 и Ь1Д3,4 = Ь + Б/7 .

VI. Выводы и заключение

На основании расчетов и эксперимента определены формулы для 3 и 4 молниеотводов, что теперь позволяет выполнять молниезащиту подстанции в следующей последовательности:

1. Намечаются места установки молниеотводов.

2. Площадь подстанции разбивается на треугольники или четырехугольники, определяется высота молниеотводов по формулам

Ь1,2,3 = Ьс + Б/7 и Ь1,2,3,4 = Ьс + Б/7 .

3. Если какой-то объект оказывается за пределами треугольников (например, закрытое распределительное устройство), то его защищенность проверяется построением зон защиты двух соседних молниеотводов.

Предложенная методика удобна как для ручного расчета, так и для составления программы на ЭВМ.

На кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ разработана новая программа расчета молниезащиты подстанции на ЭВМ по новой методике взамен устаревшей программы расчета по методике Акопяна [4]. Эта программа широко используется при выполнении дипломных проектов. На рис. 6 приведен фрагмент программы с результатами расчета.

Рис. 6. Результат расчета молниезащиты подстанции на 110/6-10 кВ по новой методике

Список литературы

1. Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов / СЦНТИ. М., 1974. 19 с.

2. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. М.: Из-во НЦ ЭНАС, 2004. 48 с.

3. Техника высоких напряжений / Под общей редакцией Д. В. Разевига. М.: Энергия, 1976. 488 с.

4. Шкаруба М. В. Техника высоких напряжений: учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. 80 с.

УДК 621.313

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

П. К. Шкодун, А. В. Долгова

Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск, Россия

В01: 10.25206/2310-9793-2017-5-3-144-154

Аннотация — Данная статья посвящена формированию основ методики технического диагностирования узла «коллектор-щетка» тяговых электрических двигателей. С применением математического аппарата нечеткой логики сформированы математические модели в пространстве выбранных признаков, позволяющие численно оценивать предложенные комплексные показатели качества коммутации, механической обработки и ремонта для произвольных значений исходных диагностических параметров. Полученные модели составляют основы методики технического диагностирования коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин.

Ключевые слова: подвижной состав, тяговый электродвигатель, коллекторно-щеточный узел, диагностические параметры, нечеткий вывод.

Молниезащита ГРПШ: расчет молниезащиты, устройство молниеотвода

Согласно СП 62.13330.2011, по опасности ударов молнии ГРП, ГРПБ и ШРП следует относить к классу специальных объектов, представляющих опасность для непосредственного окружения при размещении их в населенных пунктах и на территориях газопотребляющих предприятий, или к классу объектов с ограниченной опасностью в остальных случаях. При применении в ГРП и ГРПБ системы автоматизации должна быть создана защита от вторичных проявлений молнии.

Молниезащита ГРП и ГРПБ должна отвечать требованиям, предъявляемым к объектам II категории.

В систему молниезащиты ГРПШ должно входить:
  1. Молниеотвод;
  2. Заземление;
  3. Уравнивание потенциалов;
  4. Защита от статического электричества.

Предлагаем ознакомиться с примерами организации молниезащиты ГРПШ.

Пример расчета молниезащиты ГРПШ

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h0<h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода. Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h0 и радиусом конуса на уровне земли r0.

Согласно СО 153-34.21.122-2003 п. 2.2 объект классифицируется как специальный с ограниченной опасностью. По таблице 3.4 определяется высота молниеотвода h, высота конуса h0 и радиус конуса на уровне земли r0.

Для зоны защиты требуемой надежности радиус горизонтального сечения rХ на высоте hХ определяется по формуле (3.1) rХ=r0(h0-hХ)/h0.

Высота конуса h0 определяется геометрическим построением для РЗ=0,99 и для высоты молниеотвода.

h=0-30 м.
h=h0/0,8=8,0/0,8=10,0 м;
r0=0,8h=0,8х10,0=8,0 м;
rХ=8,0(8,0-4,0)/8,0=4,0 м.

Расчет зоны защиты ГРПШ молниеотводом

Рис.1 Расчет зоны молниезащиты ГРПШ. Вид в профиль

Рис.2 Расчет зоны молниезащиты ГРПШ. Вид сверху

В качестве защитных мероприятий проектом необходимо предусматривать: молниезащиту, заземление, уравнивание потенциалов, защиту от статического электричества. Проектом необходимо выполнить комбинированное заземляющее устройство, состоящее из вертикальных электродов (уголок 40х40х4), соединённых горизонтальным электродом (полоса 4х20).

Сопротивление искусственного заземлителя, объединённого с естественным заземлителем в любое время года не должно превышать 4 Ом. Места сварных соединений стыков заземляющего устройства после сварки покрыть битумным лаком. Место входа токоотвода (полоса 4х20) в грунт гидроизолировать при помощи гидроизоляционных лент с пропиткой их горячим битумом. Токоотвод следует прокладывать на расстоянии от фундамента не менее, чем 10 мм.

Уравнивание потенциалов

Рис.3 Схема уравнивания потенциалов в системе молниезащиты ГРПШ

Устройство заземления ГРПШ

В соответствии с «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (СО 153-34.21.122-2003) установка должна быть защищена от прямых ударов молнии, вторичных её проявлений и заноса высокого потенциала через наземные и подземные металлические коммуникации. Молниезащита ГРП осуществляется установкой молниеприемников высотой 10м.

Рис.4 Схема заземления в системе молниезащиты ГРПШ

Все металлические элементы выше поверхности земли покрыть краской БТ 177 по ГОСТ 5631-79* в два слоя по грунту ГФ 017 по ТУ 6-27-7-89.

Молниеотвод (h=10м) запроектирован из стальных труб по ГОСТ 10704-91. Фундамент под молниеотвод — монолитный железобетонный из бетона кл. В15, W4, F50, рабочая арматура класса А III, конструктивная- класса А I. Сводные конструктивные решения приведены в графической части ниже.

Схема устройства молниезащиты ГРПШ

Рис.5 Общая схема молниезащиты ГРПШ  



Пора отказываться от зон защиты. Расчет молниеотводов

Предрассудки живучи, но не вечны.
Пора отказываться от зон защиты

Зоны защиты – изначально введенное понятие, которое в течение многих лет позволяло проектировать молниезащиту. Их существенный недостаток явно проявился в последние годы, когда резко возросли требования к надежности защиты от прямых ударов молнии, а первоочередной задачей для современной техники стала борьба с электромагнитными наводками. Новые задачи потребовали критического отношения к происхождению зон защиты, их надежности и возможности практического использования. Одновременно в литературе появились методологические проработки компьютерных программ, в той или иной степени основанные на физических представлениях о процессах ориентировки молнии. Возникла необходимость критического анализа возникшей ситуации, в рамках которой надо было пересмотреть и историческую основу используемых зон защиты, и перспективу создания программного продукта, удовлетворяющего требованиях проектирования молниезащиты современных наземных сооружений

Это уже второй вариант статьи о проектировании защиты от прямых ударов молнии. Первый, написанный почти до конца, оказался мне недоступным. После операции на ноге я не могу подняться в комнату, где стоит компьютер, а домашние не могут найти без меня нужный файл. Может это и к лучшему. Попытаюсь все-таки понять, почему в молниезащите так прочно закрепилось понятие о зонах защиты и почему инженер-проектировщик предпочитает пользоваться этим далеко не вполне конкретным понятием. Когда нужно рассчитать сечение проводника, специалиста интересует только ток через него. Выбирая балку, определяют ее механическую нагрузку и ничего больше. Проектируя молниеотвод, казалось бы надо вычислить всего лишь одно число – вероятность прорыва молнии к защищаемому объекту или, что в общем по смыслу то же самое — ожидаемое число прорывов за заданный срок эксплуатации. Большего не требуется. Вместо этого стоят зону защиты молниеотвода. Это некоторое пространство в окрестности молниеотвода защищенное от проникновения молнии с заданной надежностью. Вот как она выглядит в большинстве нормативных руководств по молниезащите.

Рис. 1
Зона защиты стержневого молниеотвода, построенная по защитному углу в стандарте МЭК 62305

Но ведь проектировщику нет никакого дела до окружающего молниеотвод пространства. Его интересует вполне конкретное сооружение – проектируемый объект. И уже только по одной этой причине проектирование по зонам защиты является избыточным, по крайней мере в большинстве практически значимых ситуаций. Вот, например (рис. 2), как изменится вероятность прорыва молнии к объекту в виде кругового цилиндра высотой 12 м различного радиуса при его размещении в зоне защиты стержневого молниеотвода высотой 30 м (вертикальные оси молниеотвода и цилиндра совмещены). Вероятность прорыва равна расчетному значению зоны 0,01 для рассматриваемого молниеотвода, только, когда объект касается границы зоны. В глубине

Рис. 2
Фактическая надежность защиты объекта, размещенного в зоне
Защиты одиночного стержневого молниеотвода

зоны она очень резко снижается. Выбор высоты молниеотвода оказывается избыточным. Есть над чем поразмыслить.

Откуда взялись зоны защиты

Зоны защиты из существующих нормативных документов не могут быть обоснованы лабораторным экспериментами, результаты которых неоднозначны. Их не удается подтвердить и опытом эксплуатации молниеотводов различный высоты. Он явно недостаточен для этой цели. Во всяком случае нет никаких оснований для совмещения вершины зоны защиты с вершиной молниеотвода при надежности защиты, большей 0,5

На вопрос о происхождении зон защиты трудно дать сколько-нибудь обоснованный и разумный ответ. С середины прошлого века в нашей стране пытались моделировать защитное действие молниеотводов, используя в качестве модели молнии искровой разряд длиной в 1 – 3 м. Искра формировалась под действием импульсного напряжения с временными параметрами 1/50 мкс. В экспериментах менялись высоты защищаемого объекта и его удаление от молниеотвода. Результаты получались вроде бы вполне правдоподобные. Число прорывов к модели объекта снижалось, по мере его сближения с молниеотводом и увеличения превышения молниеотвода над объектом. На основе экспериментальных данных, как правило, ограниченных, строились зоны защиты. Здесь много зависело от фантазии и вкусов экспериментатора. Для стержневого молниеотвода это всегда были конические круговые поверхности. Их вершина по непонятной причине совпадала с вершиной молниеотвода. Но боковые образующие конуса у разных авторов были самыми разными. Далеко не всегда они изображались прямыми, как на рис. 1. Первоначально для этой цели предпочитали использовать кривые второго порядка, параболы или гиперболы. Полный объем зоны защиты от этого менялся мало, поэтому со временем на сложные кривые махнули рукой, заменив их элементарными прямыми линиями.

Лабораторное моделирование продолжают до сих пор, хотя отношение к нему стало куда менее доверительным. Было установлено, что результаты модельных испытаний сильно зависят от длины используемого искрового разряда, от полярности импульсного напряжения и его временных параметров. Об однозначности результатов не могло быть и речи. Тем не менее, лабораторные эксперименты производились хотя бы для того, чтобы качественно сопоставить эффективность молниеотводов различного исполнения (рис. 3).

Рис. 3
Современный эксперимент на открытом воздухе

Важно отметить, что лабораторные эксперименты не давали никаких оснований для совмещения вершины зоны защиты с вершиной молниеотвода. Чтобы обеспечить надежность защиты свыше 0,5, молниеотвод должен в обязательном порядке превышать объект. Подобное наблюдалось во всех модельных экспериментах, причем, величина требуемого превышения возрастала при работе в изоляционных промежутках большой длины. Примерно то же наблюдалось и в реальных условиях. С увеличением высоты сооружения молния промахивалась мимо его вершины на все большее расстояние. Фотография молнии в Останкинскую телебашню убедительно подтверждает сказанное (рис. 4). Молния игнорировала вершину башни, ударив в ее

Рис. 4
Молния промахнулась.

боковую поверхность на 202 м ниже. Пусть читатель решает сам, как ему относиться к привычному изображению типовой зоны защиты (рис. 1), которое до сих пор фигурирует в стандарте по молниезащите МЭК… Что же касается отечественных специалистов, то после длительной дискуссии в начале 70-х годов, вопрос об обязательном превышении молниеотвода над защищаемым объектом был решен ими однозначно и бесповоротно Типичная зона защиты одиночного стержневого молниеотвода приобрела конфигурацию, представленную на рис. 5. Минимально допустимое превышение молниеотвода над защищаемым сооружением Δh = h – h0, в нормативных документах менялось в пределах десятков процентов в зависимости от требуемой надежности защиты и высоты сооружений.

Закономерен вопрос об использовании практического опыта эксплуатации молниеотводов различной высоты. К сожалению элементарные оценки не дают здесь никаких оснований для оптимизма. Чтобы оценить надежность защиты на уровне 0,999, которую требуют наиболее ответственные объекты, нужно зафиксировать никак не меньше 1000 прямых ударов молнии. Для стержневого молниеотвода высотой 100 м на территории России для этого потребуется примерно 1000 объектов-лет. Для молниеотвода высотой 30 м это число возрастет еще на порядок величины, а для молниеотвода в 10 м даже на 2 порядка. В реальности объем наблюдений окажется еще в несколько раз больше, потому что каждый молниеотвод нужно будет рассматривать в совокупности с объектами различной высоты. Трудно надеяться на организацию подобных исследований. Единственной надеждой представляется мировой опыт наблюдения за работой тросовых молниеотводов на линиях электропередачи. К сожалению, он ограничен узким диапазоном высот подвеса тросов и их расположением относительно фазных проводов.

Вопрос о достоверности зон защиты в отечественных руководствах по молниезащите пока приходится оставить открытым.

Весомы ли основания для дискриминации зон защиты?

Проектировщики не случайно используют в своей практике только одиночные и двойные молниеотводы. Для более сложных систем молниеотводов зоны защиты попросту не существуют. Это очень большой недостаток, потому что использование многократных молниеотводов позволяет добиться требуемой надежности защиты при существенно меньшей их высоте, а следовательно, и при меньшей вероятности возбуждения сильных электромагнитных наводок от тока молнии..

Разумно на время забыть о происхождении и достоверности зон защиты, чтобы рассмотреть проблемы, с которыми столкнется использующий их проектировщик. Начинать надо с чисто формального момента. Номенклатура зон защиты крайне ограничена. В стандарте МЭК 62305 зоны защиты представлены только для одиночного стержневого молниеотвода. В российских нормативных документах положение несколько лучше, но и там выбор ограничен зонами одиночных и двойных стержневых и тросовых молниеотводов, обязательно однотипных. Рекомендации в РД-34.21.122-87 по построению зон защиты многократных молниеотводов ничем не обоснованы, кроме личной убежденности авторов документа. Полностью лишены смысла и предстаставленные там зоны защиты молниеотводов высотой более 150 м. Кроме фактической ошибки в расчетных формулах нормативного документа следует иметь в виду, что высотные (> 200 м) сооружения в основном поражаются восходящими молниями, для которых представления о процессе ориентировки лишены физического смысла. Что же касается документа СО-153.34.21.122-2003, то в нем нет зон защиты даже для двойных молниеотводов разной высоты. При таком скудном наборе большинство практических ситуаций оказывается невоспроизводимым, особенно когда дело касается использования естественных молниеотводов. Их конфигурация может быть самой различной. Приходится забыть о коллективном действии молниеотводов и в лучшем случае рассматривать их попарно. К чему это приводит, дает представление рис. 6. У резервуара радиусом 100 и высотой 27,5 м. 4 стержневых молниеотвода высотой по 40 м.. Там же нанесены попарно построенные их зоны защиты. Резервуар не входит в объем зон и потому должен считаться незащищенным, хотя на самом деле молниеотводы очень неплохо ограничивают прямые удары молнии, обеспечивая надежность защиты на уровне 0,99…

Рис. 5

В эффективности многократных молниеотводов позволяют убедиться и результаты компьютерных расчетов на рис. 7, где представлены зависимости надежности

Рис. 6
К оценке коллективного действия молниеотводов

защиты сооружения 50 х 50 м высотой 30 м от высоты различной системы молниеотводов, которые располагались с удалением 10 м. Легко убедиться, что при надежности защиты 0,99 переход от одиночного стержневого молниеотвода к системе из 4-х стержней позволяет уменьшить их высоту почти в 3 раза, Если учесть, что стоимость сооружения приблизительно пропорциональна кубу его высоты, переход к многократным молниеотводам обещает вполне реальную экономию капитальных вложений в молниезащиту. Но в настоящее время такая экономия далеко не самое главное.

Принимая на себя удар молнии, молниеотвод практически не меняет ее тока, а следовательно, и электромагнитного поля, возбуждающего опасные наводки на современную микроэлектронику защищаемого объекта. Радиус стягивания молний пропорционален квадрату высоты стержневого молниеотвода. Вот почему крайне нежелательны одиночные высотные молниеотводы. Притягивая к себе разряды молнии, они становятся источником частых электромагнитных наводок. Во многих случаях это совершенно недопустимо. Чтобы избежать подобного принудительного стягивания молний к защищаемому объекту, нужно заменить одиночные высотные молниеотводы системой многократных молниеотводов существенно меньшей высоты. Зоны защиты совершенно не годятся для этой цели. Они попросту не существуют для системы, в которой больше двух молниеотводов.

Как быть с расчетной моделью?

Любая расчетная компьютерная модель может опираться на те физические представления, что достоверно известны специалистам. Для процесса ориентировки молнии — это гипотеза Голда, которая сводит выбор точки удара молнии к конкурирующему развитию встречных лидеров от молниеотвода и защищаемого сооружения.

Нужной номенклатуры зон защиты не существует. Чтобы использовать в своей работе многократные молниеотводы, проектировщику приходится рассчитывать только на расчетную компьютерную модель, доведенную до рабочей программы. Такая модель должна быть создана и обязательно протестирована по результатам опыта эксплуатации. Иного выхода не предвидится.

У команды, которую представляет автор этой статьи, большой опыт создания самых разных по своему назначению расчетных программ. Организация работы над ними может быть принципиально различной в зависимости от степени изученности того физического процесса, что подлежит моделированию. Принципиально различаются две реально значимые ситуации. Первая из них характерна для случая, когда все аспекты физических механизмов, определяющих свойства моделируемого процесса, хорошо известны и надежно количественно описаны. У программиста-физика такая задача не создает особых проблем. Физическое содержание расчетной модели ему понятно, а набор функциональных зависимостей достаточен для количественного описание ее деталей. Сложности программирования есть, но они скорее в сфере деятельности программиста- математика.. Ему приходится позаботиться о выборе устойчивых расчетных схем, которые позволили бы совершить очень большое число расчетных шагов в пространстве и времени без нарушения устойчивости и ввода в расчет фатальных ошибок. Часто это очень сложная задача, особенно когда рассматриваемые процессы различаются по своим временным масштабам. Например, корона от вершины молниеотвода формируется в электрическом поле грозового облака в течение 10 – 100 с, а электроны, созданные в сильном поле, существуют едва ли 10-7 с. Модель должна обеспечивать расчетную устойчивость в течение нескольких миллиардов расчетных шагов, иногда и еще на порядки больше. Неудивительно, что многие задачи такого рода не решены до сих пор. Прогресс дается здесь с очень большим трудом..

Проблема с моделирование разряда молнии по своей постановке принципиально иная. Наука об атмосферном электричестве далека от завершения. Многие детали механизма зарождения и развития молнии известны лишь на качественном уровне. Развитые гипотезы не продвинулись дальше чисто умозрительного описания, а набор количественных характеристик, крайне ограничен и далеко не всегда достоверен. В такой очень непростой ситуации нужно построить расчетную компьютерную модель, которая, невзирая на ограниченность расчетных данных, сумела бы достоверно передать основные проявления физики молнии.

Как правило, представления о процессе ориентировки молнии основывается на гипотезе Голда, которая предполагает, что началу ориентировки дает старт встречного лидера от наземных сооружений под действием электрического поля грозового облака и лидера нисходящей молнии. Тем самым предопределяется высота ориентировки, начиная с которой движение молнии перестает быть случайны и подчиняется определенным статистическим закономерностям. Молния, ориентированная в направлении системы молниеовод-объект, должна завершить свой полет на одном из этих сооружений. Сегодня определенно установлено, что выбор точки удара осуществляется в результате конкурирующего развития от них встречных лидеров. Даже для лабораторных промежутков процесс конкурирующего развития исследован лишь на качественном уровне. Для его количественного описания в рамках вероятностных закономерностей явно не хватает фактических данных.

Тем не менее, время не ждет. Расчетная модель остро необходима и для ее создания неизбежно приходится опираться на тот набор фактических данных, что уже освоен специалистами. Иного попросту не существует. Известная поговорка ”Лучшее – враг хорошего” здесь точно на месте. Расчетную модель приходилось создавать ”крупными мазками”, допуская вполне очевидные прорехи, но отображая при этом главное – статистическую природу развития длинной искры и молнии. На рис. 8 напряжение одновременно подано на два разрядных промежутка различной длины. В любом лабораторном эксперименте легко установить, что пробиться может не только наиболее короткий, но и более длинный, хотя и с другой, меньшей вероятностью. Фотография справа – убедительное тому подтверждение, равно как и фотография молнии на рис. 4.

Рис. 7
Эффективность многократных молниеотводов

Важно было освободить модель от всего второстепенного и в максимально возможной степени использовать те опытные данные, что представительны и не вызывают сомнений. В первую очередь речь пойдет о радиусе стягивания молний Rat. Для стержневого молниеотвода высотой h у подавляющего большинства авторов достоверным считается соотношение

Используя принцип равнопрочности очень длинных воздушных промежутков, можно полагать, что молния, достигшая высоты ориентировки H_o c радиальным смещением меньше R_at в среднем направится к молниеотводу, а при большем смещении просто ударит в землю. Соотношение

с учетом (1) позволяет вычислить усредненную высоту ориентировки для всей совокупности нисходящих молний

Итак, до высоты ориентировки H_o траектории молний не детерминированы и их головки с равномерной плотностью заполняют плоскость ориентировки. Дальше все уже зависит от состояния земной поверхности. С наибольшей вероятностью молния пойдет дальше вниз по кратчайшему расстоянию, но даже в лабораторных промежутках четко фиксируется разброс траекторий длинной искры и разброс пробивных напряжений. Эту принципиальнейшую особенность искрового разряда надо обязательно отразить в расчетной модели. Проблема не так трудна, как кажется. Каналы молний, направляющиеся к молниеотводу и к невозмущенной поверхности земли, как правило удалены на расстояния в десятки метров и более. Взаимное влияние их электрических полей друг на друга поэтому невелико. Развитие каждого из каналов можно считать независимым от других.. Для таких процессов хорошо развита теория вероятности. По ее законам, вероятность пробоя одного из двух разрядных промежутков — до молниеотвода и до поверхности земли, кроме геометрических размеров, определяется единственным параметром — стандартом разброса пробивных напряжений. Названный далее стандартом ориентировки σо, он мало меняется с длиной многометрового промежутка и потому может быть заимствован из лабораторных измерений, где его относительная величина близка к 0,1.

Используя стандарт ориентировки σ_o, можно выразить вероятность распространения молнии к молниеотводу исключительно через геометрические размеры наземных сооружений, высоту ориентировки и радиус смещения конкретной молнии относительно оси молниеотвода на уровне этой высоты. По своему математическому содержанию это типичная задача из классической теории вероятности, не вызывающая сколько-нибудь серьезных вычислительных сложностей.

Остается отобразить в расчетной модели выбор конкретной точки удара уже ориентированной молнии на поверхности молниеотвода или защищаемого объекта. Как уже отмечалось, за это ответственно конкурирующее развитие встречных лидеров. В качественном отношении процесс понятен, но его детали плохо известны. Задачу приходится упрощать в максимально возможной степени. У разработчиков возник соблазн свести эту задачу к предыдущей, описав процесс выбор точки удара молнии теми же по своей структуре вероятностными соотношениями, что и процесс ориентировки. Делать это в лоб было нельзя. Молниеотвод и объект достаточно близки к друг другу и их встречные лидеры тоже. Они в значительной степени влияют друг на друга своими электрическими полями, усиливая любые случайные изменения. В итоге процесс в какой-то степени теряет статистическую неопределенность, становясь тем более детерминированным, чем ближе молниеотвод и объект, а значит и их встречные лидеры. В первом приближении это можно учесть вводом нового статистического параметра, стандарта выбора σ_в, уменьшающего свою величину по сравнению с σ_о по мере сокращения расстояния между вершинами молниеотвода и защищаемого объекта.

Стандарт выбора стал основным подгоночным параметром расчетной модели. Именно для его определения использовался опыт наблюдения за поражениями молнией линий электропередачи и Останкинской телебашни.

Так была создана основа вероятностной методики расчета защитного действия молниеотводов. Все остальное стало делом формальной компьютерной техники и искусства программистов, которые распространили методику практически на любое число объектов любой конфигурации и на произвольную систему самых различных молниеотводов. Результат работы — программа расчета надежности системы молниезащиты размещенная на этом сайте, доступная для свободного использования, полностью соответствует представленной методике и надежно апробирована тест-задачами. В этом разделе сознательно опущен математический аппарат вероятностной методики, который достаточно подробно изложен, например, в книге Э. Базеляна “Вопросы практической молниезащиты”.

В чем преимущества

Покупатель вряд ли рискнет приобрести машину в салоне, где о ее предельной скорости вместо конкретной цифры ему ответят – не меньше 50 км/час. С зонами защиты аналогичная ситуация почему-то проходит без затруднений. Начертив зону защиты и убедившись, что защищаемый объект находится внутри нее, проектировщик считает свою работу успешно завершенной, хотя о истинной надежности защиты объекта он не имеет представления. Достоинство компьютерной программы именно в том , что она дает конкретную оценку надежности защиты от прямых ударов молнии.

Программа позволяет вычислить ожидаемое число ударов молнии в территорию, на которой расположены рассматриваемая группа защищаемых объектов и их молниеотводов, без каких либо практически значимых ограничений по числу сооружений и их конфигурации. Если необходимо, при этом могут быть учтены соседние сооружения и даже рельеф местности. Далее программа автоматически выводит результаты расчета вероятности прорыва и ожидаемого числа прорывов для любых объектов из рассматриваемой группы и, если угодно, даже для конкретного строительного фрагмента, например, для антенны, установленной на каком-то из зданий, или для размещенных на крыше машин климат-контроля. Больше проектировщику ничего не требуется, потому что при известной вероятности прорыва P надежность защиты \Ф определяется как

Естественно, что строить зоны защиты при этом не потребуется. Да это и невозможно при числе молниеотводов более двух.

Откуда все-таки взялись зоны защиты

Время открыть секрет Полишинеля. В отечественных нормативных документах РД 34.21.122-87 и СО-153.34.122-2003 все зоны защиты построены по результатам компьютерных расчетов, выполненных по вероятностной методике, на основании той самой компьютерной программы, что уже упоминалась в этой статье и доступна для свободного использования. Таким образом, круг замкнулся.

Нужно сразу отметить принципиально иную конфигурацию зон защиты в стандарте МЭК. Вопрос заслуживает особого рассмотрения, что и будет сделано в ближайшем будущем.

Читать контрольная по безопасности жизнедеятельности: «Расчет высоты молниеотвода» Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

Функция «чтения» служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Министерство образования и науки республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.Д. СЕРИКБАЕВАКОНТРОЛЬНАЯ 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

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

Расчет молниезащиты подстанции — Мегаобучалка

Защита открытых распределительных устройств РПП осуществляется стержневыми молниеотводами. Небольшие подстанции 35/6-10 кВ могут быть защищены одним молниеотводом. На выcoтe hx защищаемого объекта (наиболее выступающих элементов ОРУ) радиус действия г_х молниеотвода определяется по формуле:

г_х = ha [1. 6 / (1 + ( hx / h ) ∙ p )], (3.34)

где h — высота молниеотвода;

ha — активная высота молниеотвода;

р — коэффициент, равный:

р = 1 для молниеотводов при h < 30 м;

р = 5.5 / h для молниеотводов при h > 30 м.

ha = h- hx. (3.35)

Пользуясь формулой (10.1), подбирают высоту h молниеотвода так. чтобы зона его действия (круг площадью π ∙ r_х²) полностью закрывала площадь подстанции на высоте h_x.

На подстанциях, имеющих ОРУ 110 кB и выше, применяют два, три и большее число молниеотводов. При этом рекомендуется следующая последовательность расчета: намечается к установке минимальное количество молниеотводов (2, 3 или 4).строится общая зона действия молниеотводов и проверяется условие защищенности всей площади ОРУ. Если не удается добиться этого условия даже при увеличении высоты, молниеотводов, то принимают большее количество молниеотводов, заново строят общую зону защиты и т. д. Не следует идти по пути максимального увеличения высоты молниеотводов. Лучше установить больше молниеотводов средней высоты, что проще при монтаже и эксплуатации.

Общая зона действия двух стержневых молниеотводов показана на ри.2

Рисунок 3.2 – Зона защиты двух стержневых молниеотводов

Радиус действия rx определяется по формуле (3.34), а bx – по формуле

bx = 4 ∙ rx [(7∙ha – a) / (14∙ha – a)] (3.36)

Зона действия трех и четырех молниеотводов показана на рисунках 3.3 и 3.4.

Внешние области зоны действия трех и четырех молниеотводов г_х и bх определяются по формулах (3. 34) в (3.36).

Объект высотой hx внутри гоны защиты будет защищен,если выполняется условие:

D ≤ 8 ∙ ha ∙ р, (3.37)

где D — диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, соединяющего основания молниеотводов (рисунок 3) или диагональ прямоугольника (рисунок 3.4).

Стержневые молниеотводы устанавливаются, как правило, на конструкциях ОРУ. Высота молниеотвода при этом определяется с учетом высоты несущих конструкций. При необходимости используются отдельно стоящие молниеотводы. На трансформаторных порталах молниеотводы могут быть установлены при соблюдении некоторых условий [8,15].

Токопроводящий спуск молниеотвода соединяется с заземляющим устройством ОРУ, если молниеотвод установлен на конструкции ОРУ .При этом должно быть установлено два — три или один — два вертикальных электрода длиной 3 — 5 м соответственно на таком же расстоянии от стойки с молниеотводом. Отдель­но стоящие молниеотводы могут иметь собственные заземлители.

Защита зданий ЗРУ и закрытых подстанций, имеющих металлические покрытия кровли или железобетонные конструкции кровли, осуществляется заземлением этих покрытий или конструкции. Если такая защита невозможна, устанавливаются стержневые молниеотводы на крыше и заземляются.

Расчет и выбор релейной защиты

Расчет и выбор релейной защиты производится в соответствии с рекомендациями подраздела 2.12 настоящего пособия.

Измерения и учет электроэнергии

В дипломном проекте должны быть рассмотрены следующие вопросы измерений и учета:

— определение необходимого объема измерений и учета;

— выбор типов и классов измерительных приборов;

— размещение приборов системы измерений и учета в схеме.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА^*

Общая часть

Содержание организационно-экономической части дипломного проекта должно быть органически связано с его основным содержанием, поэтому, в зависимости от темы, меняется и наполнение выше указанной части дипломного проекта. Однако, в любом случае расчет должен быть произведен в соответствии с основным директивным документом для Российской практики анализа инвестиционных проектов, а именно — «Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов», 2000г.[18].

Согласно методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов в основе принятия решения о приемлемости проекта лежит определение его ценности.

Ценность проекта — это разница между выгодами по проекту и затратами на него реализацию и эксплуатацию, т.е.

Эт=Рт-Зт,(4.1)

где Эт — ценность или эффект по проекту;

Рт — выгоды или поступления по проекту;

Зт — затраты или расходы по проекту;

т- горизонт расчета.

Поступления складываютсяиз всех платежей за произведенную по проекту продукцию и оказанные услуги. Сюда включены продажи за наличные, по которым деньги уже получены, и продажи, по которым платежи еще не поступили, но покупатели стали должниками. Доходы от продажи планируются путем умножения прогнозируемого объема реализации продукции проекта на рыночные или контролируемые цены. К прочим поступлениям относятся субсидии и иные доходы (например, арендная плата за пользование собственностью проекта), которые, вместе с доходами от продаж, дают полную сумму текущих поступлений. В сумму поступлений входит также выручка от продажи активов проекта.

Расходы равняются всем платежам за товары и услуги, используемые для выпуска продукции проекта, и делятся на две группы: эксплуатационные расходы (Зt) и капитальные затраты (Кt).

В эксплуатационные расходы входят оплата труда, материалов и топлива, арендная плата, оплата коммунальных, общих и административных услуг, налоги, а также платежи за иные товары или услуги, необходимые для выпуска продукции проекта. Эксплуатационные расходы, в том числе расходы на техническое обслуживание и текущий ремонт, имеют место каждый год, начиная с первого дня ввода проекта в эксплуатацию.

______________

* Данный раздел подготовлен с участием к.т.н. Головкина Н.Н.

Эксплуатационные расходы оплачиваются из общих доходов предприятия. Как и доходы, подсчитываемые за каждый период, эксплуатационные (текущие) расходы включают также еще неоплаченную задолженность за оказанные проекту услуги. Примером могут служить счета за коммунальные услуги, которые оплачивают за прошедший месяц пользования теплом или электроэнергией.

Капитальными затратами или инвестициями являются денежные средства, необходимые для осуществления проекта. К ним также относятся расходы на замену или модернизацию фондов, которые износились в ходе хозяйственной деятельности проекта, а также расходы на капитальный ремонт для поддержания в рабочем состоянии фондов проекта в период проведения анализа. Если, например, анализ охватывает 10 или 20 лет, то возможно, что оборудование пришлось заменить не один раз, а инфраструктура и другие основные сооружения нуждаются в реконструкции.

Для оценки рентабельности проекта в данном случае необходимо использовать контролируемые государством цены. Управляемые цены устанавливаются правительственным органом и направлены на обеспечение фиксированного уровня субсидий.

После оценки потоков проектируемых расходов и поступлений следует этап калькуляции интегральных показателей достоинства проекта. К ним относятся чистый дисконтированный доход (ЧДД), внутренняя норма дохода (ВНД), индекс доходности (ИД), срок окупаемости (Ток).

Как рассчитать площадь защиты

Как рассчитать зону защиты?

KNIGHT and HAWK может обеспечить намного большую защиту, чем простая удочка. Уровень защиты и значение ∆T используются вместе для расчета зоны защиты. Уровень защиты определен Стандартами. Значение ∆T для KNIGHT и HAWK было определено независимым лабораторным тестом.

Молниеотводы ESE KNIGHT и HAWK могут защитить радиус (Rp), связанный с их значением ∆T. Его можно рассчитать по следующей формуле;

Защитный радиус ESEAT связан с его высотой (h) относительно защищаемой поверхности, с

, его эффективность и выбранный уровень защиты (см. Приложение A).

R ( h ) = 2 rh — h 2 + Δ (2 r + Δ) p для h ≥ 5 м

и

Rp = h x Rp (5) / 5 для 2 м ≤ h ≤ 5 м

где

Rp (h) (м) — радиус защиты на заданной высоте h

h (м) — высота наконечника ESEAT над горизонтальной плоскостью через самые дальние

точка охраняемого объекта

r (м) 20 м для уровня защиты I

30 м для уровня защиты II

45 м для III степени защиты

60 м для уровня защиты IV

Δ (м) Δ = ΔT x 106

Полевой опыт показал, что Δ равна КПД, полученному в течение

оценочные тесты ESEAT

Иметь радиус защиты; необходимо знать, каков уровень защиты конструкции, которую вы хотите защитить.

В соответствии со стандартами IEC и NFC; есть два основных параметра. Первый — это уровень защиты, который определен в стандартах. Есть 4 уровня защиты, такие как;

Уровни защиты

В стандартах есть метод расчета, состоящий из основных вопросов, таких как; жилой объект или нет; взрывоопасный объект..так далее.

Значения, полученные в соответствии с ответами на эти вопросы, используются вместе со значением «Среднегодовые грозовые дни» для определения уровня защиты.

| SCHIRTEC Lightning Protection

Согласно NF C 17-102 Ed. 2.0, стандартный защитный радиус (Rp) SCHIRTEC E.S.E. связан с ∆T, уровнями защиты I (98%), II (95%), III (90%) или IV (80%) и высотой SCHIRTEC E.S.E. над защищаемой конструкцией (H минимум 2 м)

Уровень защиты объекта зависит от нескольких факторов, таких как:

• жилой объект или нет
  
• взрывоопасный объект или нет,
  
• материал кровли и конструкции кровли (дерево, металл,…)

Чем ценнее и уязвимее объект, тем выше уровень защиты.например жилой дом с металлической крышей можно отнести к классу защиты 1. Телефонный столб низкой стоимости можно отнести к классу защиты 4. Класс безопасности можно рассчитать с помощью нашей программы защиты от молний.

ч

Высота установки, чем выше установлен молниеотвод, тем больше радиус защиты Rp (м)

Rp (м)

Радиус защиты, мы рекомендуем устанавливать молниеотвод на высоте от 5 до 6 метров, так как в этом случае можно достичь высокого уровня защиты.

Пример 1 для S-A:

Громоотвод S-A установлен на высоте 4 м.
Радиус защиты должен быть указан в соответствии со стандартом NF C 17-102 с 63 м, эффективная защита больше, согласно нашим протоколам испытаний.

Пример 2 для S-A:

Заводской цех; 150 м x 50 м, уровень защиты 1

На высоте 6 метров установлено два молниеотвода S-A.
Радиусы перекрывают друг друга и обеспечивают достаточную защиту всего производственного помещения.
Радиус защиты должен быть указан в соответствии с NF C 17-102 с 79 м, эффективная защита больше, согласно нашим протоколам испытаний

Легенда:

Оценить сейчас

Методы расчета высот громоотводов и разработка вычислительной программы

• org/Person» itemprop=»author»> W.Л. Лю

Первый онлайн: 08 августа 2019

Abstract

Очень важно рассчитать высоту молниеотводов, чтобы они работали эффективно. Но иногда расчет может быть сложным. Чтобы рассчитать высоту громоотводов, мы следуем принципу «Центрирование на осевой линии и сначала фокусировка на верхнем уровне».С помощью таких инструментов, как Borland C ++ Builder, было разработано программное обеспечение для расчета высоты громоотводов, которое может покрывать вычисления высоты (ей) одного одиночного громоотвода; два молниеотвода одинаковой высоты; и два громоотвода разной высоты по методу многоугольника. Он также может иметь дело с расчетом высоты одного молниеотвода методом катящегося шара. В статье приведены основные моменты расчета, основной программный код программы и несколько примеров. После сравнения и проверки результаты, полученные с помощью программного обеспечения, являются надежными. Использование программного обеспечения позволяет значительно снизить вычислительную нагрузку при проектировании громоотводов.

Ключевые слова

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

, чтобы проверить доступ.

Ссылки

1. 1.

   Ma HD (1998) Моделирование экспериментальной теории и утверждение о зоне защиты молниеотвода.Eng Phys S1: 16–25

   Google Scholar

2. 2.

   Zeng R, Zhou X, Wang Z et al (2013) Обзор достижений и направлений исследований в области международного молниезащиты и защиты. High Volt Eng 41 (1): 1–13

   Google Scholar

3. 3.

   Ван Х. Дж., Вэй Г. Х., Чен Кью и др. (2013) Трехмерное численное моделирование разряда молнии и его применение. High Volt Eng 39 (2): 430–436

   Google Scholar

4. 4.

   Xie SJ, He JJ, Chen WJ et al (2012) Исследование с помощью моделирования процесса развития восходящего лидера, полученного из громоотвода.Proc Chin Soc Electr Eng 32 (10): 32–40

   Google Scholar

5. 5.

   Xie SJ (2013) Имитационные тесты и модели процесса отбора при отрицательной вспышке молнии облако-земля. Хуачжунский университет науки и технологий, Ухань, Китай

   Google Scholar

6. 6.

   GB, T50064-2014 (2014) Нормы проектирования защиты от перенапряжения и координации изоляции для электрических установок переменного тока. China Planning Press, Пекин, Китай

   Google Scholar

7. 7.

   GB, TGB50057-2010 (2011) Нормы проектирования для защиты конструкций от молнии. China Construction Press, Пекин, Китай

   Google Scholar

8. 8.

   Zhao XG, Zhou Y, Li H et al (2014) Исследование визуализации объема защиты для громоотвода на основе Matlab. J Logist Eng Univ 4: 44–48

   Google Scholar

9. 9.

   Цзэн Й., Ван Х. Б., Чжоу М. (2014) Дизайн молниезащиты для некоторых молниеотводов в методе катящейся сферы на основе узловой подстанции.Electr Eng 15 (9): 24–26

   Google Scholar

10. 10.

    Huang XP, Xiao X, Wang XZ et al (2005) Трехмерная визуализация защищенной области громоотвода. J Comput-Aided Des Comput Gr 17 (9): 2129–2132

    Google Scholar

11. 11.

    Sun YX, Wang JJ (2002) Компьютер и анализ области защиты от удара молнии на основе matlab. Proc CSU-EPSA 14 (6): 63–66

    Google Scholar

12. 12.

    Fan C, Chang MS, Bai LS et al (2015) Исследование быстрого расчета высоты нескольких громоотводов.Insul Surge Arresters 138 (5): 86–90

    Google Scholar

13. 13.

    Zhang X (2002) Разработка и применение программного обеспечения для проектирования и расчета молниеотводов, используемых на электростанциях и подстанциях. Electr Power Constr (2): 58–60

    Google Scholar

Информация об авторских правах

© Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2020

Авторы и аффилированные лица

1. 1. Чанчуньский технологический институт, Чанчунь, Китай,
,

, Калькулятор защиты от молнии.

Калькуляторы молниезащиты

Эта страница посвящена калькуляторам типа электронных таблиц, которые можно использовать для помощи при любых скачках напряжения. защита заинтересованных сторон в их усилиях по повышению надежности энергосистем.Эти калькуляторы предназначены для вашего образования по этому вопросу. Arresterworks не несет ответственности за то, как применяются данные. Наслаждайтесь ……. Джонатан Вудворт

Калькулятор номиналов распределительного разрядника

Следующий калькулятор может использоваться для определения реальной стоимости установленного распределительного разрядника. в вашей системе. Основная концепция заключается в том, что стоимость разрядника равна стоимости оборудования. он спасает от повреждений из-за удара молнии в течение всего срока службы разрядника.
Количество сохранений за время жизни рассчитывается с использованием международно признанной формулы IEEE. Стандарт 1410 «Руководство по применению по повышению молниеносных характеристик линий распределения». Кроме того, подробнее об этом калькуляторе см. «ArresterFacts 038″ Как рассчитать значение распределительного разрядника » в котором изложено обоснование использования этого калькулятора и метода оценки.

Более подробная карта плотности наземных вспышек в США (щелкните изображение, чтобы увеличить)

2. Ширина распределительной системы: Для конфигурации с горизонтальным поперечным рычагом это ширина системы.

3. Плотность земной вспышки (GFD): Это мера падения молнии в области, где вычисляется значение. Измеряется в вспышках / км2 / год.

4. Стоимость установленного трансформатора: Может быть в любой валюте, если окончательное значение указано в той же валюте.Определить установленную стоимость довольно сложно, поэтому, если она недоступна, просто используйте стоимость покупки.

5. Длина пролета: Это расстояние между полюсами распределения. Он используется для расчета площади сбора для калькулятора.

6. Зона сбора: Это длина линии, которая может быть поражена молнией, а амплитуда выброса остается достаточно высокой, чтобы превышать BIL защищаемого оборудования (обычно менее 800 км).

7.Период оценки: Это туманная величина, которую сложно получить даже от производителей. 20 лет — это срок службы, который обычно считается сроком службы разрядника. Конечно, он может быть длиннее или короче.

8. Скорость сбора флэш-памяти N: Это значение рассчитывается с использованием уравнения 1 в этом документе. Он представлен в IEEE 1410 и признан во всем мире как разумное предсказание скорости сбора данных для исследований молний.

9.Уровень сбора данных на участок: Это просто коэффициент сбора данных за 100 км / год (N), деленный на количество участков в системе.

10. Коэффициент забастовок в зоне сбора: Это количество забастовок за один пролет, умноженное на количество пролетов в зоне сбора.

11. Количество лет между забастовками в зоне сбора: Это величина, обратная коэффициенту сбора в зоне сбора.

12. Число сохранений в течение срока службы разрядника: Это срок службы разрядника, разделенный на количество лет между ударами в зону сбора.Здесь также предполагается, что, если бы ОПН не был установлен, каждый удар приводил бы к отказу трансформатора.

13. Стоимость распределительного разрядника: Это равняется стоимости замены вышедших из строя трансформаторов в течение срока службы разрядника при условии, что разрядник не был установлен.

Молниеотводы | ИНГЕСКО

Концевые стержни для внешней молниезащиты.Его можно использовать как отдельный чувствительный элемент или как часть пассивной защиты, дополняя защитную проводящую сетку (клетки Фарадея). Изготовлен из нержавеющей стали AISI 316L или меди.

СТАНДАРТЫ:

Чтобы разработать эффективную систему молниезащиты со стержнями Франклина или улавливающими сетками, должны применяться следующие правила:

• IEC 62305: 2013 Молниезащита (части 1, 2, 3 и 4).
• UNE — EN 62305: 2011 Защита от молнии (части 1, 2, 3 и 4).
• NFPA 780: 2014 Стандарт на установку систем молниезащиты.

В дополнение к этим правилам в каждой стране может существовать законодательство, которое необходимо учитывать.

РАСЧЕТ РИСКА

INGESCO имеет онлайн-инструмент , который позволяет рассчитывать риски в соответствии с IEC 62305 (часть 2), что позволяет быстро и легко рассчитывать риски и применять защитные меры.

Методы расчета защитной зоны

Принятые методы определения зоны пассивных систем защиты в соответствии с IEC 62305 (Часть 3):

Метод защитного угла

Этот метод лучше всего подходит для зданий простой формы, хотя максимальная высота ограничена применяемым уровнем защиты (см. График).

Объем защиты, полученный в результате применения метода защитного угла в концевом стержне, показан на центральном изображении.

После расчета различные углы защиты концевых стержней, составляющих систему, подтверждают, что здание полностью защищено.

Метод катящейся сферы и метод сетки

Если конструкция имеет высоту выше, чем указано на рисунке 5, метод защитного угла не применяется.Для этих случаев IEC 62305-3 указывает использовать: метод катящейся сферы (действителен для всех типов зданий) или метод сетки (указывается, когда плоские поверхности защищены)

Применяя метод катящейся сферы. Расположение системы захвата (точка или сетка) является адекватным, если любая точка защищаемой конструкции соприкасается с условной сферой радиуса r (см. Таблицу).

Более высокие конструкции, оставшиеся над клеткой Фарадея, должны быть защищены громоотводами.

— Институт молниезащиты

Общая информация по отрасли

Институт молниезащиты — это общенациональная некоммерческая организация, основанная в 1955 году с целью продвижения образования, осведомленности и безопасности в области молниезащиты. Индустрия молниезащиты зародилась в Соединенных Штатах, когда Бенджамин Франклин постулировал, что молния — это электричество, и что можно использовать металлический стержень, чтобы отвести молнию от здания.Молния является прямой причиной более 50 смертей и 400 травм каждый год, и трудно защитить людей на открытых открытых площадках. Прямые удары молнии причиняют ущерб от пожара, превышающий 200 миллионов долларов в год, и страховые компании прямо или косвенно оплачивают претензии на миллиарды долларов, связанные с молнией. Большая часть этих имущественных потерь может быть минимизирована, если не устранена, путем внедрения надлежащей молниезащиты для конструкций. LPI стремится к тому, чтобы современные системы молниезащиты обеспечивали наилучшее качество как материалов, так и методов установки, обеспечивая максимальную безопасность.

Национальная ассоциация противопожарной защиты . (NFPA) публикует документ № 780 , озаглавленный «Стандарт для установки систем молниезащиты». считается национальным руководством по проектированию полных систем молниезащиты в США. NFPA опубликовало свой первый документ по молниезащите в 1904 году. Документы NFPA, такие как Национальный электротехнический кодекс (NEC — NFPA 70), Национальный кодекс по топливному газу (NFPA 54) и Единый пожарный кодекс (NFPA 1), разрабатываются комитетом для рассмотрения. принятие новой информации по безопасности по конкретным вопросам, связанным с пожаром.

Стандарт защиты от молний № 780 пересматривается с трехлетним циклом для обновления. NFPA 780 включает молниезащиту для типовых строительных конструкций в четвертой главе в качестве требований для обычных конструкций. Документ 780 охватывает многие специальные конструкции от хранилищ опасных материалов до лодок и кораблей, а также открытых сооружений для пикников и дает рекомендации по личной безопасности на открытом воздухе. NFPA 780 предоставляет лучшее, что мы знаем сегодня в теории и технологиях, о системах защиты, протестированных опытными профессионалами отрасли в юридически признанном формате.

Тестирование компонентов материалов молниезащиты на заводе перед отправкой для включения в список и маркировки проводится Underwriters Laboratories, Inc. (UL) . Стандарт UL 96 устанавливает минимальные требования к конструкции молниеприемников, кабельных жил, фитингов, соединителей и крепежных деталей, используемых в качественных системах молниезащиты. У UL есть инспекционный персонал, который регулярно посещает производственные объекты, чтобы проверить соответствие требованиям для дальнейшего использования одобренных ими товарных этикеток.

Полевой осмотр завершенных установок молниезащиты также может быть организован UL через подрядчиков по установке, указанных в их программе. UL выпускает продукт «Master Label» для систем, полностью соответствующих их Стандарту UL 96A в течение многих лет. Стандарт 96A основан на общих требованиях NFPA 780, но UL имеет Техническую группу по стандартам (STP) для проверки требований к более удобному для проверки формату, что приводит к некоторым различиям. UL также будет проверять на соответствие некоторым другим национально признанным стандартам (например, NFPA 780) для полностью соответствующих систем.Некоторые частичные конструкции могут быть доступны для полевой инспекции в рамках их программы «Письмо с выводами».

Институт молниезащиты (LPI) принимает последнюю редакцию стандарта NFPA 780 в качестве справочного документа для проектирования систем. LPI выступает за использование UL в качестве стороннего органа по проверке компонентов в соответствии с их документами UL 96. LPI публикует этот документ # 175 , основанный на NFPA 780, с дополнительными пояснительными материалами, полезными для установщиков и сотрудников инспекторов.

LPI предоставляет отраслевую программу самоконтроля для сертификации участников подмастерьем, мастером-установщиком и дизайнером-инспектором. Люди сдают экзамены, которые включают требования перечисленных выше Стандартов молниезащиты и применение этих принципов к примерам проектирования. Продление членства требуется каждый год, при этом дополнительные экзамены сдают примерно каждые три года при обновлении национальных стандартов. Заключение контрактов со специалистами, прошедшими квалификацию в рамках процесса LPI, обеспечивает дополнительный уровень гарантии качества для первоначальной установки системы и ресурс для будущих проверок и обслуживания существующих систем.

LPI внедрила программу проверки для завершенных установок под названием LPI-IP . LPI-IP предоставляет услуги по сертификации более тщательно и полно, чем любая предыдущая программа проверки от LPI или других компаний, доступных в настоящее время на рынке. Благодаря использованию контрольно-пропускных пунктов, проверок и инспекций на месте сертификация системы LPI-IP обеспечивает безопасность с привлечением квалифицированного монтажного персонала и независимых инспекторов. LPI-IP предлагает «Главный сертификат установки» для полных конструкций, «Восстановленный мастер-сертификат установки» для ранее сертифицированных конструкций и «Осмотр ограниченного объема» для частичных систем в определенных контрактах. Это важный элемент для специалиста, владельца и страховщика имущества, обеспечивающего проверку качественных установок молниезащиты сторонним независимым источником.

Системы молниезащиты для сооружений, как правило, не являются требованиями национальных строительных норм и правил, хотя стандарты могут быть приняты властями, имеющими юрисдикцию для общего строительства или определенных помещений. Поскольку молниезащита может рассматриваться в качестве варианта, крайне важно, чтобы разработчик, строительный подрядчик и страховщик имущества были знакомы с национальными стандартами для обеспечения наивысшего уровня безопасности. Системы молниезащиты отлично защищают людей от физической опасности, структурных повреждений зданий и отказов внутренних систем и оборудования. Полученная ценность начинается с правильного проектирования, продолжается с помощью методов качественного монтажа и должна включать проверку и сертификацию. Конечная цель — безопасная гавань, безопасность инвестиций и устранение потенциального простоя системы в противовес одному из самых разрушительных природных явлений.

Общая информация о системе

Стандарты США для полных систем молниезащиты включают NFPA 780, UL 96 и 96A и LPI 175 . Эти стандарты основаны на фундаментальном принципе обеспечения разумно прямого металлического пути с низким сопротивлением и низким сопротивлением для прохождения тока молнии, а также принятия мер по предотвращению разрушения, пожара, повреждения, смерти или травмы, когда ток течет с крыши. уровни ниже класса.Стандарты представляют собой консенсус властей относительно основных требований к конструкции и характеристикам квалифицированных конструкций и продукции. Ожидается, что полная система защиты, основанная на принципах надежной инженерии, исследованиях, протоколах испытаний и полевом опыте, обеспечит безопасность людей и конструкций от молнии и ее побочных эффектов. Стандарты постоянно пересматриваются на предмет новых продуктов, строительных технологий и подтвержденных научных разработок, направленных на устранение опасности молнии. Хотя материальные компоненты могут казаться очень похожими, конфигурация общей конструкции системы за последние 25 лет кардинально изменилась, чтобы отразить современный образ жизни.

Имеется пять элементов , которые должны быть на месте для обеспечения эффективной системы молниезащиты. Устройства для защиты от ударов должны быть пригодны для прямого попадания молнии и должны иметь рисунок, чтобы принимать удары до того, как они достигнут изоляционных строительных материалов. Кабельные жилы направляют ток молнии через конструкцию без повреждений между ударными выводами наверху и системой заземляющих электродов внизу.Система заземляющих электродов ниже класса должна эффективно перемещать молнию к ее конечному пункту назначения вдали от конструкции и ее содержимого. Соединение или соединение системы молниезащиты с другими внутренними заземленными металлическими системами должно быть выполнено таким образом, чтобы исключить возможность попадания молнии в боковую вспышку изнутри. Наконец, устройства защиты от перенапряжения должны быть установлены на каждом служебном входе, чтобы остановить проникновение молнии от инженерных сетей и дополнительно уравнять потенциал между заземленными системами во время грозовых разрядов.Если эти элементы правильно идентифицированы на этапе проектирования, включены в аккуратную рабочую установку и в здании не происходит никаких изменений, система защитит от повреждений молнией. Элементы этой системы пассивного заземления всегда выполняют аналогичную функцию, но общая конструкция индивидуальна для каждой конкретной конструкции.

Компоненты молниезащиты изготовлены из материалов , устойчивых к коррозии, и они должны быть защищены от ускоренного износа.Многие компоненты системы будут подвергаться воздействию атмосферы и климата. Комбинации материалов, образующих электролитические пары в присутствии влаги, не должны использоваться. Компоненты токоведущей системы должны обладать высокой проводимостью. Преобладающие почвенные условия на площадке будут влиять на компоненты подземной системы. Срок службы системы и цикл обслуживания / замены зависят от выбора материала и местных условий. Системные материалы должны быть согласованы с используемыми конструкционными материалами, в том числе облицовками, колпаками, кожухами вентиляторов, различными системами кровли, чтобы поддерживать влагозащитную оболочку в течение предполагаемого срока службы здания.

Медь, медные сплавы (включая латунь и бронзу) и алюминий являются основными материалами компонентов системы. Они служат наилучшим сочетанием функций для переноса тока и защиты от атмосферных воздействий. Поскольку алюминиевые материалы имеют немного меньшую токонесущую способность и механическую прочность, чем изделия из меди аналогичного размера, перечисленные и маркированные материалы для молниезащиты включают детали большего физического размера. Например, чтобы считаться эквивалентным, воздушный терминал минимального размера должен иметь диаметр ½ дюйма в алюминии по сравнению с диаметром 3/8 дюйма в меди.

Вода, вытекающая из меди, будет окислять алюминий и гальванизированные поверхности, поэтому при согласовании конструкции системы необходимо учитывать гальванические аспекты для устранения возможных проблем при установке. Квалифицированные биметаллические фитинги используются для согласования компонентов системы для необходимых переходов от алюминия к меди. Они могут включать перечисленные продукты для этой цели или, в некоторых случаях, компоненты из нержавеющей стали. Алюминий никогда не контактирует с землей или почвой. Алюминий никогда не должен контактировать с лакокрасочными покрытиями на щелочной основе или встраиваться непосредственно в бетон.

Если какое-либо изделие подвергается необычному механическому повреждению или смещению, оно может быть защищено молдингом или покрытием, но необходимо проявлять осторожность, чтобы заглушки и другие монтируемые на крыше компоненты могли выполнять свои функции при приемке навесного оборудования. Компоненты молниезащиты под ударными клеммами могут быть скрыты внутри здания ниже уровня крыши во время строительства или при доступе. Скорость тока молнии и разделение потока между несколькими путями не позволят компонентам нагреться до любой мгновенной температуры возгорания, опасной для типичных строительных материалов.Включение системы в конструкцию позволяет соединить структурный металлический каркас и внутренние заземленные системы и обеспечивает защиту от проблем смещения и технического обслуживания, которые полезны для продления срока службы системы.

Материалы, подходящие для использования в системах молниезащиты, внесены в перечень , помечены и протестированы как в соответствии со стандартом UL 96. Конструкция проводника включает максимальное увеличение площади поверхности для переноса молнии и гибкость конфигурации для выполнения изгибов и поворотов, необходимых при установке.Основания аэровокзала эффективно передают удар от оконечного устройства к проводнику кабеля и надежно крепятся к различным поверхностям здания в суровых погодных условиях. Фитинги для сращивания должны поддерживать контакт с проводниками, длина которых должна быть достаточной для передачи тока и выдерживать воздействие окружающей среды. Заземляющие электроды должны обеспечивать надлежащий контакт с землей для рассеивания заряда и удовлетворять требованиям пригодности для жизненного цикла в различных составах почвы. Размеры скрепляющих устройств позволяют обеспечить надлежащее соединение систем для выравнивания потенциалов по всей конструкции.Устройства защиты от импульсных перенапряжений соответствуют требованиям более высоких уровней тока для удовлетворения потребностей, связанных с молниеприемниками.

Прекращение забастовки

Защитные устройства выполняют системную функцию по подключению прямых молниеотводов. Они представляют собой зонтик от проникновения молнии в непроводящие строительные материалы для защиты от пожара или взрыва. Любое металлическое тело толщиной 3/16 дюйма или более, выступающее над конструкцией, выдержит удар молнии, не прожигая.Поэтому в некоторых случаях строительные элементы могут быть включены в качестве прекращения забастовки. Высокие мачты или воздушные заземляющие провода, аналогичные защите линии электропередач, могут служить в качестве защитных устройств. В большинстве случаев, однако, небольшие молниеотводы специального назначения составляют большинство систем защиты от ударов. Эти ненавязчивые компоненты предпочтительны из-за простоты монтажа и эстетических соображений, и их можно скоординировать для получения наиболее эффективной конфигурации для всех типовых строительных конструкций.

Окружающая нас атмосфера электрически заряжена, но свободный воздух поддерживает относительно сбалансированное распределение ионов. Когда мы поднимаем в воздух здание, дерево или даже человека в меньшей степени, мы меняем этот электрический баланс. Электрическое поле накапливается, чтобы изменить точки в геометрии наземных объектов. Такие элементы, как гребни и особенно концы гребней, края зданий с плоской крышей и даже больше, углы становятся точками накопления ионов, которые увеличивают восприимчивость к ударам молнии.Надлежащая система устройств защиты от ударов учитывает эти реалии за счет использования молниеприемников в настроенной схеме, предназначенной для использования точек естественного накопления ионов в здании для втягивания молнии в систему защиты. Чем выше конструкция и чем серьезнее плоские изменения (например, от вертикальной стены до горизонтальной плоской крыши), тем больше возможностей для крепления на этих критических стыках. Проектирование системы воздушных терминалов , выступающих всего на 10 дюймов над этими опорными точками конструкции и вдоль гребней и краев, за более чем столетнюю практику доказало, что обеспечивает перехват около 95% зарегистрированных молний, ​​включая большинство жестокий.Некоторые удары молнии с меньшим потенциалом теоретически могут возникать на плоских плоскостях вдали от устройств защиты от ударов, разработанных в соответствии со стандартами, но последствия находятся в допустимых пределах для обычного строительства. Учитывая более низкий уровень энергии, требуемый для байпаса, другие компоненты структурного заземления, входящие в полную систему молниезащиты, и случайную вероятность соединения с компонентом системы в любом случае, этот метод защиты здания считается наиболее эффективным.

Защита самых высоких и наиболее выступающих элементов здания с помощью устройств защиты от ударов, в зависимости от геометрии здания, также обеспечивает определенный уровень защиты для нижних выступов конструкции или элементов, находящихся в «тени» полностью защищенных зон на более высоких уровнях. Зона защиты существует от любого устройства для защиты от вертикальных ударов и даже больше от вертикального полностью защищенного уровня здания. Зона защиты описана в Стандартах по молнии с использованием сферической модели с радиусом 150 футов (46 метров) для определения объектов, находящихся под защитой более высоких элементов системы, или расширения зданий на расстояния, требующие дополнительной защиты с помощью дополнительных ударных клемм.Это похоже на катание мяча диаметром 300 футов (92 метра) с высоты по зданию, а затем по зданию на противоположный уровень во всех мыслимых направлениях. Если мяч касается изолированного строительного материала, то добавляется дополнительный ударный зажим. Зоны, поддерживаемые ударными клеммами, ударными клеммами и уклонами, а также вертикальные стены, тогда находятся под защитой правильно спроектированных элементов системы. Эта геометрическая модель для защиты целых конструкций основана на последнем этапе процесса присоединения молнии и снова покрывает более 90% возможных ударов.На более ответственных конструкциях, таких как те, которые содержат взрывчатые вещества или легковоспламеняющиеся жидкости и пары, модель уменьшается до сферы радиусом 100 футов (30 метров), которая покрывает более 98% зарегистрированных ударов молний.

Система защиты от ударов защищает конструкцию от ударов молнии, обеспечивая предпочтительные точки крепления. В большинстве случаев предпочтительны медные или алюминиевые молниеотводы из-за их проводимости и устойчивости к погодным условиям.Квалифицированные выступающие металлические строительные элементы также могут выполнять эту функцию. В особых обстоятельствах, когда нельзя допустить проникновения молнии, использование высоких мачт и воздушных заземляющих проводов, используемых в модели с уменьшенной зоной, может обеспечить дополнительную защиту. Защита таких вещей, как стандарты освещения или деревья, может обеспечить некоторую защиту области на основе модели зоны. Конструктивная конфигурация ударной нагрузки — это первый ключевой элемент в обеспечении полной системы молниезащиты.

Проводники

Проводниковая система Компонент полной молниезащиты включает в себя кабели основных размеров, конструкционную сталь здания и соединительные или соединительные провода с внутренними заземленными системами здания.Основные проводники выполняют токопроводящую функцию от устройств защиты от удара до системы заземления. Основные кабели изготовлены из меди или алюминия с высокой проводимостью, которые хорошо работают во внешних условиях. Молния ищет путь к земле, поэтому даже при использовании очень проводящих материалов кабели следует прокладывать горизонтально или вниз. Это похоже на концепцию самотечного потока воды на наклонных плоских участках в водосточные желоба или в водосточных желобах в водосточные системы. Кабели необходимо прокладывать, используя длинные плавные изгибы не менее 90 градусов. Молния создает значительную механическую нагрузку на кабели, в результате чего могут быть повреждены острые изгибы или углы, а в худшем случае молния может перекрыть дугу. Эту механическую силу можно сравнить с подачей воды под давлением через пожарный шланг — проводник будет пытаться выпрямиться, вызывая опасность повреждения стыковых фитингов, креплений или самого проводника.

Медные и алюминиевые жилы основных кабелей для молниезащиты разработаны по стандарту гладкого переплетения или канатной свивки с использованием отдельных проводов меньшего сечения.Такая конструкция обеспечивает максимальную площадь поверхности на единицу веса проводника для размещения молнии, которая быстро распространяется по поверхности. Эта конструкция также позволяет упростить изгиб и формирование системы проводов вдоль, вокруг и над элементами конструкции здания. Открытые проводники крепятся с максимальным интервалом в три фута для удержания системы на месте от ветра и непогоды. Все устройства защиты от удара должны быть подключены к проводникам с минимальным расстоянием до двух путей к системе заземления.Устройства защиты от ударов, покрывающие различные области конструкции, должны быть соединены между собой для образования единой системы либо посредством проводов на крыше, либо через токоотводы, либо путем соединения элементов системы заземления для разных уровней или выступов крыши. Жилы молниеотводов могут быть скрыты под или внутри конструкции — на чердаках и в стенах, или в бетонных насыпях — потому что скорость молнии снижает возможность нагрева проводников до температуры искрового воспламенения строительных материалов, намного ниже опасного уровня.

Нисходящие или токоотводы — это элементы системы основных проводов, которые обычно переносят молнию от системы уровня крыши к системе заземления. Сюда может входить кабельный провод или сплошной стальной каркас , соответствующий требованиям , толщиной 3/16 дюйма или больше, или их комбинация. Арматурная сталь или арматура неприемлемы в качестве замены проводника кабеля, но каждый нисходящий вывод кабеля должен быть прикреплен к несущему каркасу вверху и внизу каждого вертикального участка.Все устройства защиты от ударов должны иметь как минимум два пути к земле, чтобы разделить молнию по нескольким путям, поэтому в самом маленьком здании должно быть минимум два нисходящих вывода. Нисходящие линии для больших зданий могут быть рассчитаны с интервалами в 100 футов в среднем для площади периметра здания, хотя системные компоненты для специальных элементов конструкции здания могут потребовать дополнительных токоотводов для удовлетворения требований к нескольким путям. Важно рассчитать площадь защищаемого периметра, чтобы получить правильное распределение нисходящих отводов для коньковых крыш, которые включают ударные заделки только вдоль вершины.

Обеспечение множественных путей для тока молнии имеет большое преимущество в снижении общей энергии на любом проводнике. Это влияет не только на размер проводника, но и удерживает молнию на указанных путях, чтобы свести к минимуму боковой проблесковый разряд во внутренние системы и уменьшить потенциальные проблемы внутренней индукции. Стандарты молниезащиты требуют минимального количества по периметру, но большее количество путей может быть очень полезным в обеспечении клетки защиты для оборудования и людей внутри.Тот факт, что стальная рама создает наибольшее количество квалифицированных вертикальных путей, соединенных горизонтально на многоуровневых структурах, делает его использование в качестве нисходящих проводов предпочтительным для обеспечения улучшенной защиты от проникновения побочного эффекта молнии. Несмотря на то, что кабельные жилы необходимы для нисходящих водопроводов в бетонных конструкциях, необходимое соединение арматуры помогает создать аналогичную сеть защиты в проектах высотного строительства.

Заземление

Правильно выполненные заземляющие соединения необходимы для эффективного функционирования системы молниезащиты, так как они служат для распределения молнии по земле. Это не означает, что сопротивление заземляющего соединения должно быть низким, а скорее, что распределение металла в земле или на ее поверхности в крайних случаях должно быть таким, чтобы обеспечить рассеивание разряда молнии без причинения ущерба.

Низкое сопротивление желательно, но не обязательно, что может быть продемонстрировано крайними случаями, с одной стороны, здания, покоящегося во влажной глинистой почве, а с другой стороны, здания, стоящего на голом камне. В первом случае, если грунт имеет нормальное удельное сопротивление, сопротивление подходящего заземляющего электрода должно быть менее 50 Ом, и два таких соединения с землей на небольшом прямоугольном здании опытным путем были признаны достаточными.В этих благоприятных условиях просто обеспечить адекватные средства для рассеивания энергии вспышки без возможности серьезного повреждения. Во втором случае было бы невозможно выполнить хорошее заземление в обычном смысле этого слова, потому что большинство видов горных пород изолируют или, по крайней мере, обладают высоким сопротивлением; следовательно, чтобы получить эффективную основу, необходимы более сложные средства. Наиболее эффективные системы представляют собой разветвленную сеть проводов , проложенную на поверхности скалы, окружающей здание, к которой подключены токоотводы.Сопротивление между таким устройством и землей может быть высоким, но в то же время распределение потенциала вокруг здания по существу такое же, как если бы оно покоилось на проводящей земле, и результирующий защитный эффект также по существу такой же. Система заземляющих электродов для защиты от молний служит для отвода молнии в любой слой почвы и отвода ее от конструкции.

Сеть заземляющих электродов будет определяться в основном опытом и суждением лица, планирующего установку, с должным учетом минимальных требований Стандартов, которые предназначены для охвата обычных случаев, которые могут возникнуть, соблюдая Имейте в виду, что, как правило, чем шире доступный подземный металл, тем эффективнее система заземления.Схема заземления зависит от характера почвы: от одиночных заземляющих стержней, когда почва глубокая, до использования нескольких электродов, заземляющих пластин, радиальных проводов или подземных проводных сетей, когда почва неглубокая, сухая или с плохой проводимостью. Каждый нисходящий кабель должен заканчиваться соединением заземляющего электрода, предназначенным для системы молниезащиты. Электроды или электроды системы связи не должны использоваться вместо электродов заземления молнии. Конечный продукт должен включать соединение отдельных заземляющих электродов разных систем.

По возможности, заземляющие электроды должны подключаться снаружи к фундаментной стене или на достаточно большом расстоянии, чтобы избежать заглубленных опор, заглушек труб и т. Д. Заземляющие электроды должны быть установлены ниже линии замерзания, где это возможно. Материалы, используемые для заземляющих электродов, должны подходить к любому щелочному или кислотному составу почв для длительного срока службы.

Во время разряда молнии по системе проводников заземляющие электроды следует рассматривать как точки, через которые протекает сильный ток между системой защиты от удара и землей вокруг конструкции.Следовательно, размещение с целью отвода потока тока от конструкции наиболее выгодным образом является важным. Это будет реализовано путем размещения заземляющих устройств на внешних оконечностях, таких как углы и внешние стены конструкции, и избегая, насколько это возможно, протекания тока под зданием. В некоторых случаях, особенно когда речь идет о пристройках к существующему зданию, может возникнуть необходимость разместить отводы и заземление внутри и под конструкцией.

Заземляющий контур , окружающий конструкцию, соединяющую все нисходящие кабели у их основания и / или устройства заземляющих электродов, является лучшим способом уравнять потенциал для всей системы молниезащиты. Всегда можно иметь разные значения сопротивления заземляющих электродов даже на одной и той же конструкции.

Поскольку разделение молнии по нескольким путям начинается в точке завершения удара и проходит через систему проводов к земле, разные значения сопротивления электродов могут нарушить эту функцию.Контур заземления решает эту потенциальную проблему и обеспечивает разветвленную сеть проводов для улучшения системы заземления. Контур заземления требуется для каждой конструкции , превышающей 60 футов в высоту. Если соединительный контур не может быть установлен в земле, его можно разместить внутри конструкции для выполнения этого требования. Этот контур уровня земли также обеспечивает соединение с другими заземленными системами здания.

Все заземляющие средства в конструкции или на ней должны быть соединены между собой для обеспечения общего потенциала земли с использованием молниеотвода основного размера.Это включает в себя систему заземляющих электродов молниезащиты, заземление системы электрических, коммуникационных и антенн , а также металлические трубопроводы. Системы , входящие в конструкцию, такие как трубопроводы воды, газа и сжиженного нефтяного газа, металлические трубопроводы и т. Д. Подключение к газовым линиям должно производиться заказчиком сторона счетчика, чтобы избежать выхода из строя катодной защиты линий обслуживания. Если все эти системы подключены к непрерывной металлической системе водопровода, требуется только одно соединение между заземлением молниезащиты и водопроводом.Системное соединение может быть выполнено в нескольких точках возле входов в конструкции для систем, или может использоваться одно жесткое соединение на шине заземления. Приведение всех заземленных систем здания к одному и тому же потенциалу на определенном уровне — это первый шаг к защите внутренних компонентов и людей от молнии. Он начинает процесс склеивания против боковых ударов от компонентов системы к внутренним системам здания.

Выравнивание потенциалов (соединение)

Основные токоведущие компоненты системы молниезащиты были описаны в их самой ранней форме Бенджамином Франклином.Современные методы изготовления компонентов и конструкции, включающие систему в конструкции и внутри нее, изменили внешний вид системы, но философия, лежащая в основе прекращения удара, проводимости и заземления, остается схожей — принять молнию и отправить ее на землю. Наиболее существенные изменения в конструкции системы молниезащиты происходят из-за адаптации того, как мы строим и оснащаем современное здание, или того, что мы могли бы назвать «фактором внутренней сантехники». Современное здание включает в себя металлические трубопроводы, такие как водопровод, канализация и газовые системы, а также схемы для электрических и коммуникационных систем, которые обеспечивают внутренние пути для молнии, чтобы повредить компоненты и приблизить людей к опасности.

В начале удара молнии в систему может произойти немедленное повышение до 1 000 000 вольт на основных компонентах, переходящее к 0 вольт на земле. Любая другая независимо заземленная система здания в непосредственной близости к компонентам молниезащиты будет иметь напряжение 0 вольт, поэтому естественная тенденция состоит в том, что некоторые или все молнии покидают нашу токоведущую систему и вспыхивают на альтернативный путь заземления. Если расстояние между потенциальными путями достаточно мало, дуга или боковая вспышка могут возникать через воздух или строительные материалы, что создает опасность возгорания или взрыва.

Поскольку внутренние заземленные строительные системы пронизывают конструкцию, этот потенциал существует на уровне крыши, на стенах здания или внутри них и даже потенциально ниже уровня земли. Молния распространяется от заземляющих электродов системы около поверхности земли и может возвращаться по металлическим трубам или другим основаниям обратно в здание. Альтернативные пути от внутренней заземленной схемы не предназначены для пропускания тока молнии (опасность возгорания), а соединения в металлических трубах не предназначены для использования в качестве токопроводящих устройств, приводящих к тепловой деформации или ударам.Оборудование внутри сооружений, от раковины, подключенной как к водопроводной, так и к канализационной линиям, до персонального компьютера, подключенного как к электросети, так и к телефонным или антенным цепям, становится дополнительными точками для дугового разряда молнии между независимо заземленными системами , создавая значительные разрушения.

Полная система молниезащиты решает эту проблему за счет соединения или соединения металлических систем здания с системой молнии для создания общего потенциала земли .Когда заземленные системы соединены вместе, у молнии нет причин покинуть наш проектный путь прохождения тока, потому что не существует произвольной дуги по точкам. Требуется соединить каждую заземленную систему здания и систему непрерывных металлических трубопроводов с системой заземляющих электродов молниезащиты вблизи уровня земли. Низкопрофильные конструкции могут нуждаться во взаимном соединении систем только около уровня крыши, когда они находятся в непосредственной близости от компонентов системы молниезащиты.По мере того, как конструкции становятся выше, возникает потребность в соединении верхней части вертикального расширения каждой внутренней заземленной системы с системой крыши с молниезащитой. Наконец, в многоэтажном строительстве системы заземления здания соединяются между собой на уровне земли, на уровне крыши и на промежуточных уровнях, чтобы обеспечить достаточное выравнивание потенциалов между длинными проводниками во избежание возникновения дуги.

Внутренняя дуга между заземленными системами также зависит от того, сколько путей у нас есть от системы молниезащиты на крыше до системы заземления.Чем больше путей, тем больше мы разделяем молнию на сегменты с более низким напряжением, тем меньше вероятность возникновения дуги через любую среду и альтернативные системы. Включение стальной надстройки в систему молниезащиты обеспечивает колонны, балки и промежуточные соединения для максимального разделения молнии и, таким образом, минимизировать разницу потенциальных проблем внутри. Стандарты требуют, чтобы кабельные нисходящие провода соединялись с арматурной сталью (арматурой) в литых колоннах вверху и внизу каждого участка, создавая аналогичный эффект, хотя эта механическая структурная система не считается подходящей для проведения тока молнии.Арматурная сталь, заземленные внутренние системы и молниезащита также должны быть соединены между собой с интервалом в 200 футов по вертикали, чтобы обеспечить выравнивание потенциалов.

Склеивание вместе заземленных систем обычно выполняется с помощью арматуры меньшего размера и кабелей или проводов , проложенных на крышах конструкций. Соединение для выравнивания потенциалов — это не то же самое, что обеспечение пропускной способности по току. Однако во многих случаях проще использовать полноразмерные компоненты системы, поскольку в конструкции они размещаются близко к желаемым точкам соединения.Когда мы склеиваем внутри конструкции или ниже уровня, более типичным является использование полноразмерных компонентов, в основном для большей механической прочности в соответствии с реалиями строительства.

Расширение системы молниезащиты за счет включения системы заземления Соединение для любой конструкции является критическим элементом, основанным на индивидуальном проектировании здания для проживания и процессов, характерных для его предполагаемого использования.

Защита от перенапряжения

Системы молниезащиты разработаны в первую очередь как системы противопожарной защиты — чтобы не дать зданию сгореть и потерять людей и оборудование внутри. Внесение металлических элементов в конструкцию обеспечивает пути, по которым молнии будут следовать из внешней среды и создавать опасности внутри. Мы связываем или соединяем заземления и трубы с системой молниезащиты, чтобы частично избежать этой проблемы. Следующим шагом является обеспечение защиты цепей, связанных с электрическими линиями, линиями связи и / или данных, которые могут передавать молнию в конструкцию. Самые серьезные проблемы связаны с инженерными коммуникациями , которые представляют собой разветвленные системы, установленные на столбах или заглубленные, которые могут передавать дополнительные непрямые удары в здание.Полная система молниезащиты в соответствии со стандартами включает устройства защиты от перенапряжения на каждом входе служебных проводов здания, независимо от того, являются ли они коммунальными или, возможно, монтируются в конструкции, например, антенная система.

Устройства защиты от перенапряжения для входов в здание предназначены для «плавания» по линии, обнаружения проблем с перенапряжением и передачи избыточной энергии непосредственно на землю. УЗИП, предназначенные для грозовых перенапряжений, должны быстро реагировать на появление резко возрастающей формы волны и быть в состоянии поддерживать соединение с землей во время сильного перенапряжения, а затем возвращаться к своей роли мониторинга.Большинство устройств имеют два или более внутренних элемента для выполнения этой задачи и реагируют примерно на 150% от стандартного рабочего напряжения системы. Элементы SPD можно рассматривать как самопожертвованные и могут со временем сгореть, защищая от множества небольших скачков (например, стандартных коммутационных скачков при передаче энергии) или нескольких массивных скачков, таких как прямые молнии. Поэтому важно, чтобы SPD был доступен для просмотра или имел световые индикаторы или другие идентификаторы, чтобы знать, что ваша защита работает, как задумано.Поскольку служебные входы для различных систем работают при разном напряжении, компоненты SPD должны иметь индивидуальный размер для каждой системы и обычно упаковываются индивидуально для выполнения определенных функций, но если службы поступают в подсобное помещение для распределения по всему зданию в общей зоне, одно SPD может спроектирован так, чтобы выполнять несколько функций в одном корпусе. Поскольку добавление длины пути заземления служит только для замедления времени реакции компонентов SPD, устройство SPD следует подключать как можно напрямую к системе заземления всегда с минимальной длиной провода.

Правильно установленные устройства защиты от перенапряжения на всех входах на фидерах проводников цепи защищают массивный вход молнии в конструкцию, сохраняя проводку от возгорания и в целом защищая такие объекты, как большие двигатели, осветительные приборы и другое прочное оборудование. Это конкретное требование Стандартов — защищать здание от разрушения. Внутри каждой современной структуры у нас есть множество устройств, которые работают при низком напряжении, включая печатные платы, действительно не предназначенные для работы на уровне пропускания 150%, только для SPD.

Также возможны индукционные эффекты для внутренней проводки и оборудования даже с хорошо спроектированной системой молниезащиты. Ток массивного прямого удара молнии в конструкцию создает магнитное поле, исходящее от проводников, поэтому любая ближайшая альтернативная цепь может испытывать некоторое добавленное напряжение за счет индукции. Хотя только в Стандартах по молниезащите и Национальном электротехническом кодексе защита от перенапряжения внутреннего оборудования рассматривается как дополнительная, это может быть критически важной потребностью в защите для владельца.Защита аудио / видео компонентов, систем связи, компьютерного оборудования и / или технологического оборудования может иметь большое значение для качества предприятия, непрерывности бизнеса без перерывов и физической защиты пользователей оборудования. УЗИП, установленные на используемом оборудовании, должны обеспечивать защиту всех цепей, питающих устройство, чтобы обеспечить общую точку заземления. Поскольку системы утилизационного оборудования, как правило, специфичны для объекта, обычно требуется индивидуальная оценка для определения рентабельных решений.

Когда устройства защиты от перенапряжения посылают энергию в систему заземления, это мгновенное соединение всех систем проводки обеспечивает выравнивание потенциалов для этих металлических систем, так же как соединение между компонентами системы молниезащиты и альтернативными заземлениями системы здания обеспечивает общее соединение. Достижения в области технологий продолжают изменять среду структур, в которых мы живем, работаем и наслаждаемся развлечениями. Применение SPD вместе с токоведущими компонентами и соединением заземленных систем здания обеспечивает полный пакет для полной системы молниезащиты для защиты конструкции, людей и оборудования внутри.

Осмотр и обслуживание

Открытые компоненты системы молниезащиты — это медь, алюминий или другой металл, предназначенный для пропускания тока, обеспечения контактных соединений и сохранения работоспособности в открытой погодной среде. Как и в случае с любым другим строительным элементом, изготовленным из аналогичных материалов, окисление или коррозия компонентов не ожидается при нормальных условиях в течение длительного периода или обычного «срока службы» конструкции .Компоненты системы, скрытые внутри конструкции между крышей и перекрытием, защищены от атмосферных воздействий и неправильного обращения. Система заземляющих электродов может быть защищена от атмосферных воздействий погодных условий, но подвержена потенциальной деградации из-за состава почвы и влаги. Можно ожидать, что правильная первоначальная установка обеспечит защиту навсегда или, по крайней мере, в течение разумного срока полезного использования конкретного здания.

Существуют дополнительные особенности строительства, нашего использования зданий и даже неизвестные в местных условиях, которые требуют рассмотрения технического обслуживания для системы молниезащиты.Пассивную систему заземления, такую ​​как молниезащита, нелегко оценить неспециалистам — вы не можете щелкнуть выключателем или включить кран, чтобы проверить, находится ли он в рабочем состоянии.

Есть очевидные моменты, когда изменения в структуре вызывают необходимость в обслуживании или расширении исходной системы. Замена кровли здания, внесение дополнений в конструкцию здания или добавление вентиляционных труб или антенн для новых внутренних процессов — очевидные области, требующие пересмотра и обработки. Не так очевидно, но, как сообщается, в качестве основной причины для обязательной проверки систем является привычка рабочих из других профессий удалять и не переустанавливать компоненты системы, потому что они не понимают важности общей конструкции системы молниезащиты . Также возможно, что соседний технологический стек будет выделять вещество, переносимое ветром к компонентам вашей системы, которое разрушает материалы намного быстрее, чем ожидалось. Все эти элементы требуют периодических проверок и технического обслуживания, чтобы гарантировать работоспособность системы в условиях удара молнии, но это, безусловно, может быть проигнорировано с серьезными непредвиденными последствиями.

Программа проверки и возможного технического обслуживания должна быть реализована для обеспечения постоянной эффективности системы на конструкции. Визуальный осмотр может выполняться ежегодно с использованием контрольного списка и скромного обучения вашего поставщика молниезащиты, чтобы учесть любой мелкий ремонт, такой как незакрепленная арматура, неправильное крепление, повреждение оголенных кабелей, замена снятого оборудования или повреждение устройств защиты от перенапряжения. Это может сделать обычный специалист по обслуживанию здания или даже владелец здания под руководством.Если специалист по молниезащите не привлекается для каждой ежегодной проверки, то с интервалом в пять лет будет важно проводить «тестовую» инспекцию с привлечением знающего человека — инспектора или установщика — для более тщательной проверки.

Полная испытательная проверка будет включать визуальные проверки вместе с испытанием целостности для проверки эффективности системы от крыши до уровня и наземное испытание для проверки функции скрытых подземных электродов.Программа обеспечения качества, разработанная для обслуживания вашей системы молниезащиты, устранит неожиданности, которые могут привести к катастрофическим последствиям.

Реализация системы молниезащиты включает в себя искусство, науку, мастерство и технологическую интуицию. Это специализированная отрасль со своими собственными стандартами, разработанными специально для борьбы с великим случайным разрушителем природы. Как и в любом другом начинании, образование, обучение и сертификация лиц, участвующих в проектировании, установке и проверке полной системы молниезащиты, определяют высшее качество. Институт молниезащиты фокусирует наши усилия на обучении профессионалов, владельцев, пользователей и широкой общественности безопасной и эффективной молниезащите и предоставляет качественные ресурсы через наше членство для выполнения этой важной услуги для всей строительной отрасли.

Компьютерная программа для оценки риска удара молнии и проектирования установки защиты молниеотвода для фотоэлектрической системы. Научный доклад по «Материаловедение»

Доступно на сайте www.sciencedirect.com

SciVerse ScienceDirect

Энергетические процедуры 34 (2013) 318-325

10-я Экоэнергетика и материаловедение и инженерия (EMSES2012)

Компьютерная программа для оценки риска удара молнии и проектирования установки защиты молниеотвода для фотоэлектрической системы

Сонгпол Иттарат, Сомчай Хиранвародом и Бунянг Плангкланг *

Кафедра электротехники, инженерный факультет, Технологический университет Раджамангала, Таниабури, Клонг 6, Таниабури, Патумтани, Таиланд 12110

Аннотация

В связи с тем, что фотоэлектрические (PV) системы необходимо устанавливать практически на открытом воздухе для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. По этой причине фотоэлектрические системы сталкиваются с риском повреждения молнией. В основном фотоэлектрические установки установлены в Таиланде, но до сих пор не установлены должным образом молниеотводы, и инженеры не изучают должным образом молниезащиту для фотоэлектрических систем. Затем в этой статье была собрана информация о молниезащите в фотоэлектрических системах для разработки компьютерной программы для принятия решения о том, нужно ли устанавливать молниезащиту в фотоэлектрической системе или нет. Компьютерная программа может дать схему того, как установить молниеотводы с помощью с использованием метода защитного угла.Предлагаемая компьютерная программа тестируется с использованием информации существующей фотоэлектрической системы мощностью 25 кВт, установленной в районе Тхаянг, провинция Пхетбури, Таиланд. Было обнаружено, что существующая фотоэлектрическая система мощностью 25k Wp сталкивается с риском повреждения от удара молнии в среднем 4,15 раза в год, и затраты на ущерб могут быть высокими. Соответственно, предлагаемая компьютерная программа может правильно спроектировать установку громоотвода и проверить результаты с помощью другой программы трехмерного рисования тем же методом. Результаты показали, что все упомянутые компоненты существующей фотоэлектрической системы должным образом защищены громоотводом.Следовательно, владельцу проекта рекомендуется защитить существующую фотоэлектрическую систему путем установки громоотвода.

© 2013 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

Отбор и экспертная оценка под ответственностью Совета Европы по устойчивой энергетической системе, Технологический университет Раджамангала, Таниабури (RMUTT)

Ключевые слова: Программа проектирования систем молниезащиты; Молниезащита в фотоэлектрической системе; Громоотвод

* Автор, ответственный за переписку.Тел .: + 66-2549-3420; факс: + 66-2549-3422. Электронный адрес: [email protected]

1876-6102 © 2013 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

Отбор и экспертная оценка под руководством Совета Европы по устойчивой энергетике, Технологический университет Раджамангала

Таниабури (RMUTT)

DOI: 10.1016 / j.egypro.2013.06.760

1. Введение

В связи с тем, что фотоэлектрические (PV) системы необходимо устанавливать практически на открытом воздухе для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.Район в Таиланде. Климат тропический, муссонный. Количество грозовых дней в году колеблется от 50 до 110 дней в году. [1] Таким образом, фотоэлектрические системы подвержены риску повреждения, вызванного молнией, прямо или косвенно. В этой статье обсуждается ущерб от прямых ударов молнии, чтобы предотвратить повреждение от прямого удара молнии в фотоэлектрических системах, установленных в Таиланде. Большинство систем не установлено, и проектировщики не приняли во внимание исследование молниезащиты для фотоэлектрических систем. В этом документе применяется концепция международных дебатов о том, как установить фотоэлектрические системы с молниеотводом, да или нет.[2] для разработки компьютерной программы и содержит инструкции по установке громоотвода методом угловой защиты.

Из недавней статьи видно, что предложенная программа использовалась для проектирования и установки Lightning rod. Программа, предложенная SESShield [3], использовалась для проектирования и установки громоотвода и использовалась для проверки того, достаточно ли этого для предотвращения установки или нет, программа использовалась для проектирования подстанций. Phuwanart Choonhapran [4] предложил программу по проектированию молниезащиты зданий, Le Viet Dung [5] предложил программу, предназначенную для помощи в установке громоотвода и проверки того, достаточно ли защищена установка.Поскольку три программы, упомянутые выше, проектируют защиту молниеотвода, которая должна быть установлена ​​на высоте молниеотвода, и программа будет проверять, достаточна ли защита или нет. Поэтому в этой статье представлена ​​компьютерная программа, которая используется для оценки риска повреждения фотоэлектрической системы от удара молнии, чтобы решить необходимость установки молниеотвода и рекомендовать, «как установить молниеотвод».

2. Оценка риска поражения молнией

Это было исследование, оценивающее риск молнии для фотоэлектрической системы, чтобы оценить, действительно ли.Для установленной системы молниезащиты оценка двух основных переменных.

1. Оценка частоты допустимых ударов молнии фотоэлектрических систем. №

2. Оценить частоту прямых ударов молнии фотоэлектрических систем. Nd

Nc> Nd Внешняя система молниезащиты не требуется Nc

2.1. Оценка частоты допустимых ударов молнии фотоэлектрических систем. (Nc)

Коэффициент (Nc) — это принятая частота прямых ударов молнии, которая получается путем умножения соответствующих индивидуальных коэффициентов и рассчитывается по формуле (1) [2]

Nc = AXBXCXD

Таблица 1. Индивидуальный коэффициент для определения принятой частоты прямого грозового разряда в солнечных системах Nc [2]

Инвестиционная стоимость фотоэлектрических систем A

Низкие инвестиции <100000 ванн 1.0

Среднее вложение 0,1

100,000 -2,000,000 Ванна

Высокие инвестиции> 2000000 бат 0,01

Инвестиционная стоимость любого оборудования, также B

повреждены

Низкие инвестиции <100000 ванн 1.0

Среднее вложение 0,1

100,000 -2,000,000 Ванна

Hi Investment> 2,000,000 Bath 0.01

Требования по доступности C

Отказ допустим в течение нескольких дней или недель 1.0

Отказ приемлем в ограниченной степени для нескольких 0,1

день в недели

Отказ недопустим в течение нескольких дней или недель 0,01

Прочие косвенные убытки D

(кроме материального ущерба и

последствий аварии)

Низкий 1. 0

Умеренная 0,5

Высокая 0,1

Очень высокий 0,01

2.2. Оценка частоты прямых ударов молнии фотоэлектрических систем. (Nd) Рассчитывается по формуле (2) [6].

Nd = Ng XAe XCe X1 °

Нг: Средняя плотность наземных вспышек на км Рассчитывается по формуле (3) [6] 4,25

Нг = 0,04 X Td

Td: грозовых дней в году

Ae: эквивалентная площадь сбора.Рассчитывается по формуле (4) [6]

Ae = L.W + 6.HÇL + W) + 9 ttR

L: Ширина установленной фотоэлектрической системы W: Длина установленной фотоэлектрической системы H: Установлена ​​высокая фотоэлектрическая система.

Ce: коэффициент, учитывающий окружение объекта, показанный в таблице 2. [2]

Таблица 2. Коэффициент учета окружения объекта [2]

Относительное расположение объекта С

Объект на большой территории со зданиями или деревьями 0. 25 такой же высоты или выше

Объект в окружении небольших построек 0,5

Отдельно стоящий объект на другом объекте в пределах 1 расстояния от дерева, превышающий высоту отдельно стоящего объекта

Отдельно стоящий объект на вершине горы или надбровь_2

3. Предлагаемая компьютерная программа

Из метода, обсуждаемого в разделе 2, мы подаем заявку на написание компьютерной программы, которая использовалась для принятия решения о необходимости громоотвода.Если нужно, как установить. Программа использует метод угла защиты для расчета высоты и количества молниеотвода, чтобы убедиться, что все фотоэлектрические компоненты установлены в зоне защиты. Все молниеотводы, установленные на задней стороне фотоэлектрической батареи, предотвращают затенение. Затем рассмотрите расстояние (p) и высоту фотоэлектрического элемента (t) в области защиты, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Дистанция (P) и (t) в линии обороны

Расстояние (p) рассчитывается по уравнению (5) следующим образом.

+ (ш + с)

Ширина установленной фотоэлектрической системы Количество молниеотводов Длина установленной фотоэлектрической системы Безопасное расстояние.

По возможности дистанционная защита.

Для комплексной защиты до высоты (t) и (p) на рис. 2 [7] должен использоваться громоотвод, чтобы не допустить превышения или равного (а) Правило подобных треугольников для нахождения значения. Он рассчитывается по формуле (6).

Рис. 2. Дистанционная защита a Предлагаемая программа основана на блок-схеме, представленной на рис.3.

Рис. 3. Блок-схема программы

Визуальная базовая программа используется для реализации этой разработанной программы путем ввода места установки, размера системы, типа установки, площади и инвестиционных затрат, затем программа рассчитает (Nc) и (Nd) и определит необходимость в громоотводе. ЕСЛИ результат показывает, что системе нужна молния

, программа запросит максимальную высоту и максимальное количество громоотводов, разрешенных системой, программа будет использовать метод угла защиты, как показано на рис.4 и рассчитайте зону защиты по формуле (7) для рекомендуемой высоты и количества молниеотводов.

Рис. 4. Зона безопасности в методе защитного угла

a — h.ta nCC 4. Эксперимент и результат

Эта предлагаемая программа тестируется путем ввода данных с реальной установки фотоэлектрической установки в провинции Тхаянг Петчабури, мощностью 25 кВт, установленной на чистой площади 360 мм2, максимальная высота от земли 4 м. Инвестиционная стоимость системы, подключенной к сети, составляет около 2.5 миллионов бат. Программа рассчитывает (Nc), равное 10×10-6, как на рис. 5, и значение (Nd), равное 9,945×10-3, как на рис. 6, Nc меньше, чем Nd, тогда системе нужен громоотвод.

® j Rist Ughtnmg —

Программа оценки риска молнии

и проектирование установки молниеотвода для фотоэлектрической системы

Оценка частоты ударов молний фотоэлектрических систем Провинция Петчабури (| M1I1I | 1) »

Относительное расположение объекта Отдельно стоящий объект на другом объекте с местом нахождения •

ширина фотоэлектрической системы 6 Длина фотоэлектрической системы 60 Высокая фотоэлектрическая система 4 |

Риск J-ightning

N [> = 0. 0150126