РПЗ-14. Расчет молниезащиты

Методика расчета

Рассчитать молниезащиту — это значит определить тип защиты, ее зону и параметры (таблица 1.14.1).

По типу молниезащита (м/з) может быть следующей:

— одностержневой;

— двух стержневой одинаковой или разной высоты;

— многократной стержневой;

— одиночной тросовой;

— многократной тросовой.

По степени надежности защиты различают два типа зон:

А — степень надежности защиты > 99,5 %;

Б — степень надежности защиты 95... 99,5 %.

Параметрами молниезащиты являются:

h — полная высота стержневого молниеотвода, м;

ho — высота вершины конуса стержневого молниеотвода, м;

h_x — высота защищаемого сооружения, м;

h_M — высота стержневого молнисприемника, м;

Л_а — активная высота молниеотвода, м;

го, г_х — радиусы защиты на уровне земли и на высоте защищаемог сооружения, м; h_c — высота средней части двойного стрежневого молниеотвода, м; 2г_с, 2г_х — ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли и на высоте защищаемого объекта, м;

а — угол защиты (между вертикалью и образующей), град; L — расстояние между двумя стержневыми молниеотводами, м; а — длина пролета между опорами троса, м; Лоп — высота опоры троса, м;

г_х + г'_х — ширина зоны тросового молниеотвода на уровне защищаемого сооружения, м; а + 2гсх — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне защищаемого соору­жения, м;

а + 2г_с — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне земли, м. Ожидаемое количество поражений (N) молнией в год производится по формулам:

— для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

N = 9nh*n-10~⁶,

где h_x — наибольшая высота здания или сооружения, м;

п — среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности в месте нахождения здания или сооружения (т. е. удельная плотность ударов молнии в землю), 1/(км²-год), определяется по таблице 1.14.2;

— для здании и сооружений прямоугольной формы

N = [(В+6h_x)(А + 6h_x)-7, lh; ]п■ 1 (Г⁶, где А и В — длина и ширина здания или сооружения, м.

Примечание. Если здание и сооружение имеют сложную конфигурацию, то А и В — это сто­роны прямоугольника, в который вписывается на плане защищаемый объект.

Таблица1.14 1. Расчетные формулы молниеотводов при h < 150 м

Зона А	Зона Б
Одиночные стержневые молниеотводы (рис.1.14.1)
Ло=0,8 5А	ЛЬ=0,92Л
г=(U-210-^3A)/i	г0=1,5Л
гт =(1,1-2-10"^3Л)(А-1,2ЛХ)	гх=1,5(А-1,1Лг)
Двойные стержневые молниеотводы ощнаковой высоты (рис 1.14 2)
При L < h К = К
'сх	=гх
При h<L^2h	При h < L «6А
И^^-^И+ЗЛО-^ХЬ-И)	/^=/^-0,14 (L-h)
^rc - ^ro
>*сх =r0(hc-hx)j- ^пс
При 2h<L <4Л
Ас -(0,17+3 -10"^4 h){L-h)
rc=r0[l-M(L-2A)]
"с
При L > Ah Молниеотводы рассматривать	При L > 6h Молниеотводы рассматривать
как одиночные	как одиночные
Двойные стержневые молниеотводы разной высоты (рис. 1.14 3)
Габаритные размеры торцевых областей зон защиты /тоь Л02, /оь П>2> Гн» rxi определяются
как для одиночных стержневых молниеотводов. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам
rc=0,5(r01+r02); hc =0,5(Лс1+Лс2); rx =(hc-
Значения hc\ и ha определяются как для двойных стержневых молниеотводов одинаковой
высоты
Многократные стержневые	молниеотводы (рис.1.14 4)
Зона защиты строится посредством попарно взятых соседних стержневых молниеотводов. Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой с надежно­
стью зон А или Б является гсх >0
Одиночные тросовые молииеотводы (рис.1.14.5)
=0,85Л	Ао=0,92Л
г0 = (1,35-25-Ю^-4 Л)	г0=1,7Л
rx =(1,35-25 10~^4/I)(^-1j2/Ij)	гх=ЪЩ-1ЛИх)
Двойные тросовые молниеотводы одинаковый высоты (рис1.14.6)
При L < h
к-	Л
Гсх	= гх
^гс ^=	^= го

Рис. 1.14.1. Зона одиночного стержневого молниеотвода

Продолжение табл. 1.14.1

При h <L < 2h К =Ло-(0,14+510"^4Л)(1-Л) L{!h-hx) ^Л 2(Л0 -hc) rc=rQ "с	При h<LK6h LQb-K) ' 2 (h0-hc) ^rc=^r0 fcx =rQ(hc-hx)j- e
Двойные тросовые молниеотводы разной высоты (рис. 1.14.7)
Значения ho\, Л02, ^01 э roi, rx\, fx2 определяются по формулам одиночных торосовых молние­отводов. Для определения размеров гс и hc используются формулы гс = 0,5(гО1 +гю); К = (Лс1 +Лс2). Значения ЛС2, r'xV f*Cx вычисляются по выше приведенным формулам двойного тросового молниеотвода

Примечание. Для одиночного тросового мол­ниеотвода h — это высота троса в середине пролета. С учетом провеса троса сечением 35...50 мм² при известной высоте опор (Л_оп) и длине пролета {а) высота троса (в метрах) оп­ределяется по формулам

h = Л₀ц - 2 — при а < 120 м; h = h_on~3—при 120 < а < 150 м.

Таблица 1.14.2. Зависимость п = F(t_Cf>)

/Ср,ч/год	10...20	21...40	41...60
1/(км год)
/ср, ч/год	61...80	81...100	101 и более
п, 1/(км^2-год)	5,5		8,5

Примечание. /_ср — среднегодовая продолжи­тельность гроз, ч/год. Определяется по картам, составленным на основании метеосводок за 10 лет.

Рис. 1.14.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода равной длины

7777 7777777777

77777777777777 I I

Рис. 1.14.3. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода разной длины

Рис. 1.14.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

Рис. 14.7. Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты

Пример 1

Дано:

Л = 50 м h_x = 20 м 5 = 20 м п — 6 1/(км²-год)

Тип молниезащиты — однострежневая Требуется:

ш определить параметры зон молниезащиты и изобразить их; ■ определить габаритные размеры защищаемого объекта; • определить возможную поражаемость объекта.

Решение:

1. По формулам (табтица 1.14.1) для одиночного стержневого молниеотвода определя­ются параметры молниезащиты (м/з) для зон.

В масштабе изображаются зоны А и Б (рис. 1.14.8). Зона А:

А₀ = 0,85h = 0,85 • 50 = 42,5 м; г₀ = (1,1 -2- 10~³ А) А = (1,1 - 2 • 10"³-50)-50 = 50 м; г_х = (1,1 - 2 ■ 10"³ И) (А - 1,2 h_x) = (1,1 - 2 ■ 10 ³ ■ 50) • (50 - 1,2 - 50) = 26 м;

h_M = h~ ho = 50 - 42,5 = 7,5 м; А_а = А ~ А_х = 50 - 20 = 30 м;

а^(А) = arctg^- = arctg^- = 49,6°.

Зона Б:

ho = 0,92 h = 0,92 • 50 = 46 м; r₀ = (1,5 h) = 1,5 -50 = 75 м; г* = 1,5 (А - 1,1 h_x) = 1,5 • (50- 1,1 ■ 20) = 42 м; А„ = А - А₀= 50-46-4 м; А_а = А - A_t = 50 - 20 = 30 м;

а^(Б) = arctg-5. = arctg— = 58°.

Ч ⁴⁶

2. Определяются габаритные размеры защищаемого объекта в каждой зоне молниезащи- ты. Для этого на расстоянии — от средней линии параллельно проводится линия до пересе­чения с окружностью г_х (рис. 1.14.8).

Зона А:

Ф^(А) = arcsin j^j = arcsin = 22,6°;

cos9^(A)=cos22,6° = 0,92; _A(a) _{= 2r}W cos ф^(А) - 2- 26 • 0,92 - 48 м;

A x В x H-48 x 20 x 20 м. Зона Б:

ф(Б) _{= arcs =} _ j g_0;

cos ф^(Б) = cos 13,8° = 0,97; Л^(Б)=2г<^Б)со5ф^1Б)=2-42 0,97 = 81,6 м. Принимается А = 81 м.

Ах В х Н- 81 х 20 х 20 м.

3. Определяется возможная поражаемость защищаемого объекта в зонах при отсутствии молниезащиты.

N_a = [(В + 6h_x)(Л^(А) + 6AJ - 7, lh; > • 10"⁶ =

= [(20 + 6-20)(48 + 6-20)-7,7-20²]-6-10~⁶ = 12,310'² поражений.

Аб =[(5 + 6А_г)(/1^(Б) + 6/г_д)-7,7А;]л-10-⁶ =

= [(20+6 • 20)(81+6 • 20) - 7,7 • 20² ] • 6 • 10~⁶ = 15 -10~² поражений.

В зоне молниезащиты Б количество поражений в год больше.

Ответ: Параметры зон молниезащиты указаны на рис. 1.14.8.

Для зоны А: А х В х Н= 48 х 20 х 20 м; N_A = 12,3 • Ю^-2 поражений.

Л

Для зоны Б: А х В х Н- 81 х 20 х 20 м; Ne = 12,3 • 10 поражений.

Пример 2

Дано:

Тип молниезащиты — двойная тросовая

A₀ni ~ А_0П2 = 22 М А_х = Юм L = 25 м а = 40 м

п = 1 1/(км²-год) Требуется:

• определить параметры зоны А молниезащиты и изобразить ее;

• определить габаритные размеры защищаемого объекта;

• определить возможную поражаемость объекта.

Решение:

1. По формулам (таблица 1.14.1) для двойных тросовых молниеотводов одинаковой вы­соты определяются параметры м/з для зоны А.

В масштабе зона А изображается на плане (рис. 1.14.9), так как а < 120 м, то

А = А_оп - 2 = 22 - 2 = 20 м; А₀ = 0,85 А = 0,85 -20 - 17; r₀ = (1,35 - 25 ■ 10"⁴ A) А = (1,35 - 25 • Ю^-4 ■ 20) • 20 = 26 м; А_с = А₀ - (0,14 + 5 • 10"⁴ A) (L - А) - =17 - (0,14 + 5 • 10"⁴ ■ 20) • (25 - 20) - 16,05 м; г_с = г₀ = 26 м;

г_сх= ^-^ = 26-06,05-10)^= 9,8 м;

г_х = (1,35 -25 • Ю^⁴ А) (А - 1,2 й_х) = - (1,35 - 25 - 10^ • 20) ■ (20 - 1,2 • 10) = 10,4 м.

Примечание. При пересечении верхней отметки сооружения с линией в пролете определяется г'_х.

г 26

а = arctg -у- - arctg — = 56,8°.

2. Определяются максимальные габариты защищаемого сооружения по рис. 1.14.9:

А = а + 2 г_сх = 40 + 2 • 9,8 = 59,6 м. Принимается целое значение А = 59 м.

tf = L + 2r* = 25 + 2- 10,4 = 45,8 м. Принимается целое значение В = 45 м.

АхВх Н= 59 х 45 х Юм.

3. Определяется возможная поражаемость защищаемого объекта в зоне А при отсутствии молниезащиты.

ЛГ=[(£+6А_л)(Л + 6А^-7,7А;]Л-10^ -

= [(45 + 6-10)(59 + 6-10)+7,7-10²]-7-10-⁶ =8,2-Ю"² поражений.

Трос

Рис. 1.14.9. Зона А защиты двойно! о тросового молниеотвода одинаковой высоты

Ответ: Параметры зоны А молниезащиты указаны на рис. 1.14.9. А х В х Н= 59 х 45 х 10 м; N = 8,2 Ю^-2 поражений.

Таблица 1.14.3. Индивидуальные задания для РПЗ-14

Вариант	Тип м/з	Зона	hx, м	В, м	Л,,м	h2t м	L, м	а, м	/Ср, ч/год
I
	1С	А				—	—	—
	2С	Б
3	2С	А						—
	1Т	Б		—		—		—
	2Т	А		—
	2Т	Б		—
	1С	Б				—	—	—
	2С	А						—
	2С	А						—
	1Т	А		—		—		—
	2Т	Б		—
	2Т	Б		—
	1С	А				—	—	—
	2С	Б						—
	2С	Б						—
	1Т	А		—		—		—
	2Т	А		—					30 -
	2Т	Б		—
	1С	А				—	—	—
	2С	Б						—

Продолжение табл. 1.14.3

	2С	Л						—
	1Т	А		—		—		—
	2Т	Б		—
	2Т	Б		—
	1С	А				—	—	—
	2С	Б						—
	2С	Б						•—
	1Т	А		—		—		—
	1С	Б				—	—	—
	2Т	А		—

Примечание

L — расстояние между двумя стрежневыми молниеотводами (для типа м/з 2С) или рас­стояние между опорами тросового молниеотвода (для м/з типа Т); а — длина пролета между опорами троса (для м/з типа 2Т); h\_thy — высота опор (для м/з типа Т); 1С — одиночная стержневая м/з; 2С — двойная стержневая м/з; 1Т — одиночная тросовая м/з; 2Т — двойная тросовая м/з;

В каждом варианте РПЗ-14 требуется:

• определить параметры зоны м/з и изобразить ее;

• определить наибольшие габаритные размеры защищаемого объекта;

• определить возможную поражаемость объекта.

Дата добавления: 2015-07-19