МІНІСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ CCC Р

ГОЛОВНЕ ТЕХНІЧНЕ УПРАВЛІННЯ З ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕНЕРГОСИСТЕМ

КЕРУЮЧІ НАКАЗИ
ЗА РОЗРАХУНОМ ЗОН ЗАХИСТУ СТЕРЖНЕВИХ І ТРОСОВИХ
Блискавкавідводів

РД 34.21.121

МОСКВА 1974

Складено ВЕІ, ДНІЕІ, Енергомережапроектом

ЗАТВЕРДЖУЮ:

Заступник начальника

Головтехуправління

Ф. СИНЬЧУГІВ

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Захисна дія блискавковідводів заснована на властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати вищі і добре заземлені металеві предмети в порівнянні з меншими, що стоять поряд. Блискавковідвід, що приймає на себе розряд блискавки, являє собою металевий пристрій, що піднімається над захищається спорудою, що складається з блискавкоприймача, струмовідводу і заземлювача. Для захисту електротехнічних установок від прямих розрядів блискавки рекомендується застосовувати стрижневі та тросові блискавковідводи. Стрижневі блискавковідводи виконуються у вигляді вертикальних металевих конструкцій, встановлених самостійно або на будь-яких спорудах (наприклад, порталах, димових трубах), а тросові - у вигляді горизонтально підвішених проводів (тросів).

Ступінь захищеності споруди блискавковідводом визначається ймовірністю прориву блискавки до спорудження, що захищається, минаючи блискавковідведення. Імовірність прориву блискавки дорівнює відношенню числа розрядів блискавки в спорудження, що захищається, до загального числа розрядів блискавки в блискавковідвід і споруда, що захищається.

Розрахунок блискавкозахисту ведеться за зонами захисту. Імовірність прориву блискавки до будь-якого об'єкта, розташованого всередині зони захисту, не повинна перевищувати допустиму величину.

Обриси та розміри зони захисту визначаються числом, висотою та взаємним розташуванням блискавковідводів і залежать від ймовірності прориву блискавки. Зона захисту тим менша, чим меншу ймовірність прориву блискавки потрібно забезпечити. Простір між блискавковідводами захищено більш надійно, ніж із зовнішнього боку блискавковідводів. Захисна дія блискавковідводів знижується зі збільшенням висоти об'єкта, що захищається.

Зони захисту стрижневих блискавковідводів висотою до 60 м перевірені багаторічним досвідом експлуатації та забезпечують достатню надійність. Зони захисту стрижневих блискавковідводів висотою понад 60 м за методикою цих керівних вказівок визначаються з розрахунковою ймовірністю прориву блискавок в об'єкт не більше 10-2, а тросових блискавковідводів – не більше 10-2 та 10-3. Зазначена розрахункова можливість прориву блискавки встановлена на основі лабораторних випробувань на моделі, досвіду експлуатації та відомостей про розвиток розрядів блискавки.

ЗОНИ ЗАХИСТУ СТЕРЖНЕВИХ МОЛНІЄВІДВОДІВ

1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідведення заввишки до 60 м має форму, показану на рис. , розміри зони визначаються співвідношенням

Рис. 1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишки до 60 м:

h- Висота блискавковідведення;h x- висота точки на межі зони, що захищається;h a = h - h x- активна висота блискавковідводу

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишкиhвід 60 до 250 м усічена на відстані D hвід вершини (рис.) і визначається співвідношеннями

Рис. 2. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою понад 60 м:

D h = 0,5(h- 60) за 60< h£ 100 м; D h= 0,2 · hпри h> 100 м

Рис. 3. Залежність висоти одиночного стрижневого блискавковідводу висотою до 30 м від радіусу захисту на різних рівняхh x

Рис. 4. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного стрижневого блискавковідведення заввишки до 30 м

Для об'єктів, що захищаються, висотою 60 - 100 м висота блискавковідводуh, визначена за номограмою рис. , порівнюється з критичною висотоюh кр, Що визначає межу усічення зони захисту,

Рис. 5. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного стрижневого блискавковідводу заввишки до 100 м

Внаслідок усічення зон захисту приhменше h крвисота блискавковідведення вибирається рівною критичною.

При висоті блискавковідводівh> 100 м побудова зони захисту проводиться безпосередньо за формулами (), () та ().

2. Обриси зони захисту двох стрижневих блискавковідводів (подвійне блискавковідведення) показані на рис. дляh£ 60 м та рис. для 60 £ h£ 250 м. Для кожного з блискавковідводів висотою понад 60 м зона захисту усікається на відстані D hвід вершини, як і для одиночного блискавковідведення.

Рис. 6. Зона захисту двох рівновисоких стрижневих блискавковідводів заввишки до 60 м:

а- відстань між блискавковідводами; в x- найменша ширина зони захисту на рівніh x; r x- радіус зони захисту одиночного блискавковідведення;R- радіус кола, що проходить через вершини блискавковідводів та точку 0 , що знаходиться на рівніh 0

Рис. 7. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів висотою понад 60 м:

D h = 0,5(h- 60) за 60< h£ 100 м; D h = 0,2 hпри h> 100 м

Побудова зовнішньої зони блискавковідводів проводиться аналогічно до побудови зони одиночного блискавковідводу за формулами () або () залежно від висоти. Найменша ширина зони захисту в хміж блискавковідводами на рівніh xвизначається за кривими рис. та . Для блискавковідводів висотою від 30 до 250 м значення обох координат необхідно помножити на коефіцієнт.

Рис. 8. Значення найменшої ширини зони захисту в хдвох стрижневих блискавковідводів заввишкиh£ 30 м для

Рис. 9. Значення найменшої ширини зони захисту в хдвох стрижневих блискавковідводів для

Найменша висота зони захистуh 0 для блискавковідводів висотою до 30 м дорівнює

(6)

для блискавковідводів від 30 до 250 м

(7)

але не більше h кр, яка визначається за формулою (), якщоh³ 60 м.

3. Зона захисту трьох і більше блискавковідводів значно перевищує суму зон захисту одиночних блискавковідводів.

Побудова горизонтальних перерізів зони захисту на рівніh xпоказано на рис. - на прикладі трьох та чотирьох стрижневих блискавковідводів. Розміри в х/2 визначаються за кривими рис. та в залежності відa/ h aі висоти блискавковідведення. Радіус захистуr xвизначається так само, як і для одиночного блискавковідведення. При довільному розташуванні кількох блискавковідводів їхня зона захисту може бути визначена підсумовуванням зон будь-яких трьох сусідніх блискавковідводів (рис. ).

Рис. 10. Зона захисту чотирьох стрижневих блискавковідводів однакової висоти; горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x

1, 2, 3, 4 - блискавковідводи

Рис. 11. Зона захисту трьох стрижневих блискавковідводів однакової висоти; горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x

1, 2, 3 - блискавковідводи

Рис. 12. Зона захисту чотирьох стрижневих довільно розташованих блискавковідводів однакової висоти; горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x

1, 2, 3, 4 - блискавковідводи

Частина зони захисту трьох і більше блискавковідводів висотою вище 60 м, розташована поза кілами, що проходять через центри сусідніх трьох блискавковідводів, усікається на відстані D hвід вершини. Частина зони, розташована всередині кіл, не усікається. Величина D hвизначається за формулами () та ().

Необхідною умовою захищеності всієї площі на рівніh xє:

для блискавковідводів заввишкиh£ 30 м: D£ 8 · h a;

для блискавковідводів заввишки 30< h£ 250 м: D£ 8 · h a · p,

де D- діаметр кола, проведеного через три суміжні блискавковідведення.

ЗОНИ ЗАХИСТУ ТРОСОВИХ МОЛНІЄВІДВОДІВ

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу (горизонтально підвішеного троса) має форму, показану на рис. для блискавковідводів висотою до 30 м-код і на рис. для блискавковідводів висотою від 30 до 250 м. Зона захисту на рівніh xобмежується двома паралельними блискавковідведення лініями, розташованими на відстаніr xвід вертикальної площини, що проходить через тросове блискавковідведення. Ця відстаньr x, умовно зване за аналогією з одиночним стрижневим блискавковідводом радіусом захисту, визначаються за формулами:

h < 30 м

(8)

для одиночного тросового блискавковідводу заввишкиhвід 30 до 250 м

Рис. 13. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки до 30 м:

A- горизонтальний переріз зони захисту на рівніh x; T- трос

Рис. 14. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу висотою понад 30 м

Зона захисту тросового блискавковідводу заввишки 30< h< 250 м усекается сверху на величину

Рис. 15. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки до 30 м

Рис. 16. Номограма для розрахунку зони захисту одиночного тросового блискавковідведення заввишки від 30 до 100 м

Висота блискавковідводуh, визначена за номограмою (рис. ), порівнюється з критичною висотою

при h < h крвисота блискавковідведення вибирається рівноюh кр. Методика вибору тросового захисту залежить від ймовірності прориву блискавки від кута захисту троса. a ) та висоти опор ПЛ. Відповідність між викладеною тут та у розділі грозозахисту ПЛ методикою встановлюється співвідношенням tg a = r x/ h a.

4. Побудова зони захисту двох паралельних тросових блискавковідводів представлена на рис. та . Зовнішні області зони захисту визначаються як для одиночного тросового блискавковідводу приh> 30 м і усікаються з відривом D hвід вершини. Вертикальний переріз зони захисту між двома тросовими блискавковідводами обмежується дугою кола, що проходить через блискавковідводи та середню точку між блискавковідводами.O, що знаходиться на висоті

(11)

де a - відстань між блискавковідводами;

Рис. 17. Зона захисту двох тросових блискавковідводів 1 та 2 заввишки до 30 м:

I - горизонтальний перетин на рівніh x; II - вертикальний переріз зони захисту

Рис. 18. Зона захисту двох тросових блискавковідводів висотою понад 30 м

Р= 1 при h£30 м; 19 . Навколо блискавки 1 більшої висоти будується зона захисту, як для одиночного блискавковідводу. Далі через вершину блискавковідводу 2 меншої висоти проводиться горизонтальна лінія до перетину з зоною захисту блискавковідводу 1 внутрішню ділянку сумарної зони захисту.

Рис. 19. Зона захисту двох блискавковідводів різної висоти:

1, 2 - блискавковідводи; 3 - вершина фіктивного блискавковідведення

Для стрижневих блискавковідводів заввишкиh> 60 м та тросових h> 30 м зона захисту їх вершини усікається з відривом D hвід вершини конкретно для кожного з блискавковідводів і відповідно до їх типу.

Сумарна зона захисту тросового та стрижневого блискавковідводів визначається накладенням їх зон. Також будується конфігурація зони захисту в кінці тросового блискавковідводу. При цьому кінець троса слід розглядати як стрижневий блискавковідвід відповідної висоти.

Зони захисту з ймовірністю прориву не більше 10 -2 призначені для відкритих розподільних пристроїв станцій та підстанцій, а також для підсобних споруд, що потребують блискавкозахисту. При цьому введення апаратів і шинопроводи повинні знаходитися по можливості в глибині зони захисту, оскільки ураження їх блискавкою становить найбільшу небезпеку.

Зони захисту з ймовірністю прориву не більше 10 -3 призначені для ділянок шинопроводів високої відповідальності, які внаслідок їхньої великої висоти або довжини можуть зазнавати частих ударів блискавки.

Надійність захисту підвищується при розміщенні об'єктів у внутрішній частині зони захисту багаторазових блискавковідводів.

Внаслідок імовірнісного характеру проривів блискавки виконання блискавкозахисту, що повністю виключає поразку об'єктів, що захищаються, не завжди доцільно, а в ряді випадків технічно не здійсненно. Оптимальна надійність блискавкозахисту визначається на основі зіставлення вартості блискавкозахисту та можливої шкоди від ураження блискавкою.

Надійність блискавкозахисту характеризується числом b проривів блискавки на рік на споруджувану споруду або числом років, за яку очікується один прорив блискавки в зону захисту

b = ψ · N,

де ψ - ймовірність прориву в зону захисту (10 -2 або 10 -3 відповідно до зони);

N- сумарна кількість ударів на рік у блискавковідвід і споруду, що захищається.

Очікувана кількість ударів блискавки і рік в одиночну споруду, що височить (у тому числі стрижневий блискавковідвід) заввишкиhметрів:

N = п Tπ R 2 10 -6 , (12)

де n= 0,06 – число ударів блискавки в землю площею 1 км 2 на 1 год грози;

T- середня інтенсивність грозової діяльності даної місцевості, год.

R= 3,5 · h- еквівалентний радіус кола, що описує площу, з якої споруда «збирає» блискавки, м.м.

Число ударів блискавки на рік у групу споруд, що підносяться (у тому числі групу стрижневих блискавковідводів):

Т = nTS· 10 -6 , (13)

де S- площа, обмежена дугами кіл, описаних радіусомRнавколо кожного блискавковідводу, м2.

Число ударів на рік у протяжну споруду, що височить (у тому числі тросовий блискавковідвід) заввишкиhта довжиною l ,(м):

N = 2 nTlR· 10 -6 , (14)

де R = 3,5 h.

Число ударів у споруду завдовжкиl(м), шириною m(м) та висотою h(м) визначається за формулою (), де

S =(l + 7 h)(m + 7 h). (15)

МОЛНІЄВІДВОД - пристрій для захисту будівель та споруд від прямих ударів блискавки. М. включає чотири основні частини: блискавкоприймач, що безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідвід, що з'єднує блискавкоприймач із заземлювачем; заземлювач, через який струм блискавки стікає в землю; несучу частину (опору або опори), призначену для закріплення блискавкоприймача та струмовідводу.

Залежно від конструкції блискавкоприймача розрізняють стрижневі, тросові, сітчасті та комбіновані М.

За кількістю спільно діючих блискавкоприймачів їх ділять на одиночні, подвійні та багаторазові.

Крім того, за місцем розташування М. бувають окремі, ізольовані і не ізольовані від будівлі, що захищається. Захисна дія М. заснована на властивості блискавки вражати найвищі та добре заземлені металеві споруди. Завдяки цій властивості нижча по висоті будівля, що захищається, практично не вражається блискавкою, якщо вона входить в зону захисту М. Зоною захисту М. називається частина простору, що примикає до нього і з достатнім ступенем надійності (не менше 95%) забезпечує захист споруд від прямих ударів блискавки. Найчастіше для захисту будівель та споруд застосовують стрижневі М.

Тросові М. найчастіше застосовують для захисту будівель великої довжини та високовольтних ліній. Ці М. виготовляють у вигляді горизонтальних тросів, закріплених на опорах, по кожній з яких прокладають струмовідведення. Стрижневі та тросові М. забезпечують однаковий ступінь надійності захисту.

Як блискавкоприймачів можна використовувати металевий дах, заземлений по кутах і по периметру не рідше ніж через кожні 25 м, або накладену на неметалічний дах сітку зі сталевого дроту діаметром не менше 6 мм, що має площу осередків до 150 мм2, з вузлами, закріпленими зварюванням і заземлений так само, як металевий дах. До сітки або струмопровідної покрівлі приєднують металеві ковпаки над димовими та вентиляційними трубами, а у разі відсутності ковпаків - спеціально накладені на труби дротяні кільця.

М. стрижневий - М. з вертикальним розташуванням блискавкоприймача.

М. тросовий (протяжний) - М. з горизонтальним розташуванням блискавки, закріпленого на двох заземлених опорах.

ЗОНИ ЗАХИСТУ МОЛНІЄВІДВОДІВ

Зазвичай зону захисту позначають максимальної ймовірності прориву, що відповідає її зовнішньому кордоні, хоча в глибині зони ймовірність прориву істотно зменшується.

Розрахунковий метод дозволяє побудувати для стрижневих та тросових блискавковідводів зону захисту з довільним значенням ймовірності прориву, тобто. для будь-якого блискавковідводу (одинного або подвійного) можна побудувати довільну кількість зон захисту. Однак для більшості народногосподарських будівель достатній рівень захисту можна забезпечити, користуючись двома зонами, із ймовірністю прориву 0,1 та 0,01.

У термінах теорії надійності ймовірність прориву - це параметр, що характеризує відмову відведення блискавки як захисного пристрою. При такому підході двох прийнятих зон захисту відповідає ступінь надійності 0,9 і 0,99. Ця оцінка надійності справедлива при розміщенні об'єкта поблизу межі зони захисту, наприклад об'єкта у вигляді кільця, співвісного зі стрижневим блискавковідводом. У реальних об'єктів (звичайних будівель) на межі зони захисту, як правило, розташовані лише верхні елементи, а більшість об'єкта міститься в глибині зони. Оцінка надійності зони захисту за її зовнішнім кордоном призводить до надмірно занижених значень. Тому, щоб врахувати існуюче на практиці взаємне розташування блискавковідводів та об'єктів, зонам захисту А та Б приписано в РД 34.21.122-87 орієнтовний ступінь надійності 0,995 та 0,95 відповідно.

Одиночний стрижневий блискавковідвід.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою h є круговим конусом (рис. П3.1), вершина якого знаходиться на висоті h0

1.1. Зони захисту одиночних стрижневих блискавковідводів заввишки h? 150 м мають такі габаритні розміри.

Зона A: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 – 0,002h) (h – hx/0,85).

Зона Б: h0 = 0,92 h;

rx =1,5(h - hx/0,92).

Для зони Б висота одиночного стрижневого блискавковідведення при відомих значеннях і може бути визначена за формулою

h = (rx + 1,63 hx)/1,5.

Рис. П3.1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

I - межа зони захисту на рівні hx, 2-то ж на рівні землі

Одиночний тросовий блискавковідвід.

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки h? 150 м наведено на рис. П3.5 де h - висота троса в середині прольоту. З урахуванням стріли провисання троса перетином 35-50 мм2 при відомій висоті опор hоп та довжині прольоту а висота троса (в метрах) визначається:

h = hоп - 2 при а< 120 м;

h = hоп - 3 за 120< а < 15Ом.

Рис. П3.5. Зона захисту одиночного тросового блискавковідведення. Позначення ті ж, що й на рис. П3.1

Зони захисту одиночного тросового блискавковідводу мають такі габаритні розміри.

Для зони типу Б висота одиночного тросового блискавковідведення при відомих значеннях hx та rx визначається за формулою

Вертикальний заземлювач виконується шляхом послідовного механізованого занурення різьбових електродів довжиною 1,2-3 метри, що з'єднуються між собою муфтами латунними. Сталеві електроди діаметром 14,2-17,2 мм, з електрохімічним мідним покриттям (чистота 99,9%) завтовшки 0,25 мм. гарантує високу корозійну стійкість та термін служби заземлювача у ґрунті не менше 40 років. Висока механічна міцність заземлювача дозволяє занурювати його на глибину до 30 метрів. Мідне покриття електродів має високу адгезію і пластичність, що дозволяє занурювати стрижні в грунт без порушення цілісності та відшаровування мідного шару.

Залежно від конструкції блискавкоприймача розрізняють стрижневі, тросові, сітчасті та комбіновані М.

За кількістю спільно діючих блискавкоприймачів їх ділять на одиночні, подвійні та багаторазові.

М. стрижневий - М. з вертикальним розташуванням блискавкоприймача.

М. тросовий (протяжний) - М. з горизонтальним розташуванням блискавки, закріпленого на двох заземлених опорах.

ЗОНИ ЗАХИСТУ МОЛНІЄВІДВОДІВ

Одиночний стрижневий блискавковідвід.

1.1. Зони захисту одиночних стрижневих блискавковідводів заввишки h? 150 м мають такі габаритні розміри.

Зона A: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 – 0,002h) (h – hx/0,85).

Зона Б: h0 = 0,92 h;

rx =1,5(h - hx/0,92).

h = (rx + 1,63 hx)/1,5.

Рис. П3.1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

I - межа зони захисту на рівні hx, 2-то ж на рівні землі

Одиночний тросовий блискавковідвід.

h = hоп - 2 при а< 120 м;

h = hоп - 3 за 120< а < 15Ом.

Рис. П3.5. Зона захисту одиночного тросового блискавковідведення. Позначення ті ж, що й на рис. П3.1

ВСТУП

Розподільні електричні мережі (PC) напругою 0,4-10 кВ останніми роками оснащуються електрообладнанням, апаратами, пристроями, ізоляторами та проводами, виготовленими на новій сучасній технічній базі. Експлуатація таких мережевих об'єктів потребує надійної системи захисту від грозових перенапруг з використанням сучасних технічних засобів. Розробка технічних засобів та методів захисту від перенапруг PC пов'язана з кількісною оцінкою параметрів блискавки та ймовірної кількості грозових пошкоджень. Для розрахунків щільності прямих ударів блискавки на ґрунт використовується інформація про інтенсивність грозової діяльності. При цьому необхідно враховувати екранування мережевих об'єктів будинками, спорудами, деревами тощо. Екранування в окремих випадках може зменшити кількість прямих ударів у мережеві об'єкти на ~70%.

Надійний захист досягається, якщо обладнання та конструкції матимуть досить високу міцність ізоляції або в PC встановлені ефективні апарати захисту від грозових перенапруг. Для захисту PC напругою 0,4-10 кВ від грозових перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН), розрядники довгоіскрові (РДІ), розрядники вентильні (РВ) і трубчасті (РТ), захисні іскрові проміжки (ІП). Тип, кількість та місце встановлення апаратів захисту вибирається під час проектування конкретних мережевих об'єктів. При установці апаратів захисту вимоги до значення опору заземлення вибирають згідно з ПУЕ. Для магістральних ліній напругою 6-10 кВ, виконаних у габаритах ПЛ напругою 35 кВ, рекомендується застосовувати тросові блискавковідводи на підходах до підстанцій та розподільних пунктів.

Завданням захисту PC напругою 0,4 кВ є запобігання ураженням людей, тварин та виникнення пожеж внаслідок проникнення грозових перенапруг у внутрішні проводки житлових будинків та інших будівель, а також пошкодження електрообладнання підстанцій 6-10/0,4 кВ.

ОЦІНКА ЗАХИСНОГО ДІЇ МОЛНІЄВІДВОДІВ

Параметри стрижневих та тросових блискавковідводів

Параметри стрижневих блискавковідводів

Стрижневим блискавковідводом називається конструкція у вигляді вертикального решітчастого встановленого шпиля, труби або стрижня. Стрижневий блискавковідвід як засіб грозозахисту було запропоновано В. Франкліном у 1749 році. Сучасні блискавковідводи стандартних типів мають висоту до 40 метрів. У деяких випадках для створення нестандартних блискавковідводів як несучі конструкції використовуються заводські труби, опори ліній електропередачі або металеві портали відкритих розподільних пристроїв.

Блискавковідвід повинен мати надійний зв'язок із землею з опором 5-25 Ом розтіканню імпульсного струму. Захисна властивість стрижневих блискавковідводів полягає в тому, що вони орієнтують на себе лідер грозового розряду, що формується. Розряд відбувається обов'язково у вершину блискавковідводу, якщо він формується в деякій ділянці, розташованої над блискавковідведенням. Ця область має вигляд конуса, що розширюється вгору, і називається зоною 100%-го ураження. Досвідченими даними встановлено, що висота орієнтування блискавки Н залежить від висоти відведення блискавки h. Для блискавковідводів висотою до 30 метрів:

а для блискавковідводів висотою більше 30 метрів Н = 600м прийнято вважати, що вершина конуса зони 100%-го ураження розташовується симетрично осі блискавковідводу на висоті об'єкта, що захищається, а радіус його на висоті орієнтування:

де - активна частина блискавковідводу, що відповідає його перевищенню над висотою об'єкта, що захищається:

Крім зазначеної зони, захисна дія стрижневого блискавковідведення характеризується зоною захисту, тобто. простором, попадання розрядів блискавок у яке виключається. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу має вигляд намету, що розширюється донизу (рис. 1.1). Для розрахунку радіуса захисту в будь-якій точці захисної зони, в тому числі і на рівні висоти об'єкта, що захищається, використовується формула:

де р - поправочний коефіцієнт, що дорівнює 1 для блискавковідводів висотою менше 30 метрів і рівний для більш високих блискавковідводів.

У тому випадку, коли для захисту протяжних об'єктів використовується кілька блискавковідводів, доцільно, щоб зони їх 100% ураження змикалися над об'єктом або навіть перекривали один одного, виключаючи вертикальний прорив блискавки на об'єкт захисту (рис. 1.2). Відстань (S) між осями блискавковідводів має бути дорівнює або менше величини, що визначається із залежності:

Зона захисту двох і чотирьох стрижневих блискавковідводів у плані на рівні висоти об'єкта, що захищається, має обриси, наведені на рис. 1.3 а, б.

Показаний малюнку радіус захисту визначається як і, як й у одиночного блискавковідводу, а найменша ширина зони захисту визначається за спеціальним кривим. Слід пам'ятати, що з блискавковідводів висотою до 30 метрів, розташованих з відривом, найменша ширина зони захисту дорівнює нулю.

Рисунок 1.1 - Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

1 – межа зони захисту; 2 - переріз зони захисту на рівні

Рисунок 1.2 - Схема розташування стрижневих блискавковідводів, що забезпечує змикання зон 100% ураження

Рисунок 1.3 – Графічне зображення захисної зони:

а) - для двох блискавковідводів; б) - для чотирьох блискавковідводів

За наявності трьох і чотирьох блискавковідводів контури захисної зони мають вигляд, подібний до рис. 1.3 б. Радіуси захисту визначаються в цьому випадку так само, як і для одиночних блискавковідводів. Розмір визначається за кривими для кожної пари блискавковідводів. Діагональ чотирикутника або діаметр кола, що проходить через вершини трикутника, утвореного трьома блискавковідводами, за умов захищеності всієї площі повинні задовольняти залежності для блискавковідводів заввишки менше 30 м:

для блискавковідводів висотою понад 30 м:

При установці блискавковідводів, що окремо стоять, необхідно дотримуватися певних відстаней по повітрю між блискавковідводом і об'єктом, що захищається. Ця вимога виходить з того, що в момент ураження блискавковідводу блискавкою на ньому створюється високий потенціал, який може призвести до зворотного розряду з блискавковідведення на об'єкт. Потенціал на блискавковідводі на момент розряду визначається залежністю:

де - імпульсний опір заземлення блискавковідведення 5 - 25 Ом; - Струм блискавки в добре заземленому об'єкті, кА.

Більш точно потенціал на блискавковідводі можна визначити з урахуванням індукції.

блискавковідводу:

де а - крутість фронту хвилі струму, кА/мкс; - точка блискавковідведення на висоті об'єкта, м; - питома індуктивність блискавковідведення, мкГн/м.

Для розрахунку мінімального допустимого наближення об'єкта до блискавковідводу можна виходити із залежності:

де Е - допустима імпульсна напруженість електричного поля в повітрі, що приймається 500 кВ/м.

Настанови щодо захисту від перенапруг рекомендують відстань до блискавковідводу приймати рівним:

Ця залежність справедлива при струмі блискавки, що дорівнює 150 кА, крутизні струму 32 кА/мксек та індуктивності блискавковідводу 1,5 мкгн/м. Незалежно від результатів розрахунку, відстань між об'єктом та блискавковідведенням має бути не менше 5 м.

Тросовий блискавковідвід

Одним з найбільш надійних засобів запобігання прямим ураженням блискавкою проводів ліній електропередач є підвіска над ними заземлених тросових блискавковідводів. Пристрій цей дорогий і тому застосовується лише на лініях першого класу напругою 110 кВ та вище. Коли лінія на металевих або дерев'яних опорах не прикрита повністю тросами, ними прикривають лише підходи до підстанцій на ділянці 1-2 км. Залежно від конструкції опор, можуть бути застосовані один або два троси, що наглухо приєднані до металевої опори або до заземлюючих металевих спусків дерев'яних опор. Для захисту троса від перепалу струмом блискавки та контролю заземлення опори кріплення троса проводиться за допомогою одного підвісного ізолятора, шунтованого іскровим проміжком. Ефективність тросового захисту тим вище, що менше кут, утворений вертикаллю, що проходить через трос, і лінією, що з'єднує трос із крайнім проводів. Цей кут називають захисним кутом, приймаючи його величину не більше 20-30 0 .

Захисна зона для одного троса в перерізі перпендикулярній лінії, має вигляд, подібний до захисної зони для одиночного стрижневого блискавковідводу. Ширина захисної зони, що виключає пряме ураження проводів на рівні висоти їхнього підвісу, визначається залежністю:

Ця залежність є справедливою для висоти підвісу троса 30 м і нижче.

Захисна дія блискавковідводу, заснована на властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати вищі і добре заземлені предмети, порівняно з розташованими поруч об'єктами меншої висоти. Тому на блискавковідвід, що підноситься над об'єктом, що захищається, покладається функція перехоплення блискавок, які без блискавковідводу вразили б об'єкт. Кількісно захисна дія блискавковідводу визначається через ймовірність прориву - відношення числа ударів у захищений об'єкт (числа проривів) до загального числа ударів у блискавковідвід та об'єкт.

Неможливо створити ідеальний захист від прямих ударів блискавки, що повністю виключає прориви на об'єкт, що захищається. Однак на практиці здійснено взаємне розташування об'єкта і блискавковідводу, що забезпечує низьку ймовірність прориву, наприклад 0,1 і 0,01, що відповідає зменшенню кількості уражень об'єкта приблизно 10 і 100 разів у порівнянні з незахищеним об'єктом. Для більшості сучасних об'єктів за таких рівнів захисту забезпечується мала кількість проривів за весь термін їхньої служби.

Підхід до нормування заземлювачів блискавкозахисту

Одним з ефективних способів обмеження грозових перенапруг у ланцюгу блискавковідводів, а також на металевих конструкціях та обладнанні об'єкта є забезпечення низьких опорів заземлювачів. Тому при виборі захисту від блискавки підлягає опір заземлювача або інші його характеристики, пов'язані з опором.

Для зовнішніх установок максимально допустимий імпульсний опір заземлювачів прийнято рівним 50 Ом.

В даний час поширеними та рекомендованими конструкціями заземлювачів є залізобетонні фундаменти. До них пред'являється додаткова вимога - виключення механічних руйнувань бетону під час розтікання через фундамент струмів блискавки. Залізобетонні конструкції витримують великі щільності струмів блискавки, що розтікаються по арматурі, що пов'язано з короткочасністю цього розтікання. Поодинокі залізобетонні фундаменти (палі довжиною не менше 5 або підніжники довжиною не менше 2 м) здатні без руйнування витримувати струми блискавки до 100 кА. Для фундаментів великих розмірів з відповідно більшою поверхнею арматури небезпечна для руйнування бетону щільність струму малоймовірна за будь-яких можливих струмів блискавки.

Нормування параметрів заземлювачів за їх типовими конструкціями має ряд переваг: воно відповідає прийнятій у будівельній практиці уніфікації залізобетонних фундаментів з урахуванням їхнього повсюдного використання як природні заземлювачі; при виборі блискавкозахисту не потрібно виконувати розрахунки імпульсних опорів заземлювачів, що скорочує обсяг проектних робіт.

Загальні положення щодо влаштування блискавкозахисту

Пристрої блискавкозахисту (блискавковідводи) повинні включати блискавкоприймачі, що безпосередньо сприймають удар блискавки, струмовідводи і заземлювачі.

Стрижневі блискавкиповинні бути виготовлені зі сталі (круглої, смугової, кутової, трубчастої) будь-якої марки перетином не менше 200 мм 2 , довжиною не менше 500 мм і укріплені на опорі або безпосередньо на самому будинку або споруді, що захищається.

Тросові блискавкиповинні бути виготовлені із сталевих багатодротяних канатів перетином не менше 50 мм2.

Струмовідводи, що з'єднують блискавки всіх видів із заземлювачами, слід виконувати зі сталі. Їх розміри повинні бути не менш наведеними нижче:

Зовні будівлі На повітрі У землі

Діаметр круглих струмовідводів та перемичок, мм 8 -

Діаметр круглих вертикальних (горизонтальних) електродів, мм - 16(14)

Перетин (товщина) прямокутних струмовідводів, мм 2 (мм) 50(4) 160(4)

Блискавкоприймальна сітка повинна бути виконана з оцинкованих сталевих провідників діаметром не менше 8 мм, укладена на неметалеву покрівлю будівлі зверху або під вогнетривкі або важко згорянні утеплювач або гідроізоляцію. Розмір осередків сітки повинен бути не більше 6x6 м. Сітка у вузлах має бути з'єднана зварюванням.

У будівлях з покриттями металевими фермами або балками блискавичну сітку на покрівлі не укладають. В цьому випадку несучі конструкції покриття повинні бути пов'язані струмовідведення зі сталевих стрижнів марки А1 діаметром 12 мм. Усі металеві деталі, розташовані на покрівлі (труби, вентиляційні пристрої, водостічні вирви тощо) повинні бути з'єднані з блискавкоприймальною сіткою блискавковідводами. На неметалевих частинах будівель, що височать, слід додатково укласти металеву сітку і з'єднати її за допомогою зварювання з блискавкоприймальною сіткою на покрівлі.

При прокладанні блискавкоприймальної сітки і установці блискавковідводів слід використовувати на об'єкті, що захищається усюди, де це можливо, як струмовідведення металеві конструкції будівель і споруд (колони, ферми, рами, пожежні сходи тощо, а також арматуру залізобетонних конструкцій) за умови забезпечення безперервного електричного зв'язку в з'єднаннях конструкцій та арматури з блискавкоприймачами та заземлювачами, що виконуються, як правило, зварюванням

Як заземлювачів блискавкозахисту допускається використовувати всі рекомендовані ПУЕ заземлювачі електроустановок, за винятком нульових проводів повітряних ліній електропередачі напругою до 1 кВ.

Залізобетонні фундаменти будівель, споруд, зовнішніх установок, опор блискавковідводів слід, як правило, використовувати як заземлювачів блискавкозахисту за умови забезпечення безперервного електричного зв'язку з їхньої арматури та приєднання її до закладних деталей за допомогою зварювання.

Бітумні та бітумно-латексні покриття не є перешкодою для використання фундаментів. У середньо- та сильноагресивних ґрунтах, де захист залізобетону від корозії виконується епоксидними та іншими полімерними покриттями, а також при вологості ґрунту менше 3% використовувати фундаменти як заземлювачі не допускається.

Штучні заземлювачі слід розташовувати під асфальтовим покриттям або в місцях, що рідко відвідуваються (на газонах, на відстані 5 м і більше від ґрунтових проїжджих і пішохідних доріг тощо).

Вирівнювання потенціалів усередині будівель та споруд шириною понад 100 м повинні відбуватися за рахунок безперервного електричного зв'язку між несучими внутрішньоцеховими конструкціями та залізобетонними фундаментами, якщо останні можуть бути використані як заземлювачі. В іншому випадку повинна бути забезпечена прокладка всередині будівлі у землі на глибині не менше 0,5 м протяжних горизонтальних електродів перетином не менше 100 мм2. Електроди слід прокладати не рідше ніж через 60 м по ширині будівлі і приєднувати по його торцях з двох сторін до зовнішнього контуру заземлення.

На відкритих майданчиках, що часто відвідувані, з підвищеною небезпекою ураження блискавкою (поблизу монументів, телевеж і подібних споруд висотою понад 100 м) вирівнювання потенціалу виконується приєднанням тоководів або арматури споруди до його залізобетонного фундаменту не рідше ніж через 25 м по периметру основи споруд.

При неможливості використання залізобетонних фундаментів як заземлювачів під асфальтовим покриттям майданчика на глибині не менше 0,5 м через кожні 25 м повинні бути прокладені горизонтальні електроди, що радіально розходяться, не менше 100 мм 2 і довжиною 2-3 м, приєднані до заземлювачів захисту споруди від прямі удари блискавки.

При зведенні в грозовий період високих будівель та споруд на них у ході будівництва, починаючи з висоти 20 м, необхідно передбачати наступні тимчасові заходи щодо захисту від блискавки. На верхній позначці об'єкта, що будується, повинні бути закріплені блискавкоприймачі, які через металеві конструкції або вільно спускаються вздовж стін струмовідводи слід приєднувати до заземлювачів, зазначених у пп. 3.7 та 3.8 РД. У зону захисту типу Б блискавковідводів повинні входити всі зовнішні майданчики, де під час будівництва можуть бути люди. З'єднання елементів блискавкозахисту можуть бути звареними або болтовими. У міру збільшення висоти об'єкту, що будується, блискавкоприймачі слід переносити вище.

Пристрої та заходи щодо блискавкозахисту, що відповідають вимогам цих норм, повинні бути закладені в проект та графік будівництва або реконструкції будівлі таким чином, щоб виконання блискавкозахисту відбувалося одночасно з основними будівельно-монтажними роботами.

Пристрої блискавкозахисту будівель та споруд повинні бути прийняті та введені в експлуатацію до початку оздоблювальних робіт, а за наявності вибухонебезпечних зон – до початку комплексного випробування технологічного обладнання.

При цьому оформляється і передається замовнику скоригована При будівництві та монтажі проектна документація з влаштування блискавкозахисту (креслення та пояснювальна записка) та акти приймання пристроїв блискавкозахисту, в тому числі акти на приховані роботи з приєднання заземлювачів до струмовідводів та струмовідводів до блискавкоприймачів. каркасу будівлі в якості струмовідводів і блискавкоприймачів, а також результати вимірів опорів струму промислової частоти заземлювачів блискавковідводів, що окремо стоять.

Перевірка стану пристроїв блискавкозахисту повинна проводитися для будівель та споруд I та II категорій 1 раз на рік перед початком грозового сезону, для будівель та споруд Ш категорії – не рідше 1 разу на 3 роки.

Перевірці підлягають цілість і захищеність від корозії Доступних огляду частин блискавкоприймачів і струмовідводів і контактів між ними, а також значення опору струму промислової частоти заземлювачів блискавковідводів, що окремо стоять. Це значення не повинно перевищувати результати відповідних вимірів на стадії приймання більш ніж 5 разів. Інакше слід проводити ревізію заземлювача.

Залежно від конкретних умов можливі різні варіанти (або їх комбінації) блискавкозахисту. Найпростіше обладнати системою блискавкозахисту будинку з металевою покрівлею. Для цього достатньо підвести до двох протилежних схилів даху струмовідведення і з'єднати їх із заземлювачами (наприклад, водопровідною трубою). Як струмовідведення можна використовувати водостічні труби, зануливши їх у разі потреби за допомогою вертикального або горизонтального заземлювача.

Будівлю з не металевою покрівлею можна обладнати тросовою системою блискавкозахисту у вигляді натягнутого вздовж коника даху сталевого дроту діаметром 5-6 мм з блискавкоприймачами, розташованими вище найвищої точки будівлі або його елементів. Дріт із зазором 250 мм від коника даху натягують між дерев'яними стійками, встановленими на фронтонах, якщо вона розташована вище за інші елементи будівлі (наприклад, димохідної труби), то в цьому випадку її можна вважати блискавкоприймачем.

Тросова система блискавкозахисту:

а - загальний вигляд; б - кріплення "вилки" на трубі; в - правильне розташування тросового блискавкоприймача; 1 - стрижневий блискавкоприймач; 2 - тросовий блискавкоприймач; 3 – стійки;

4 - вимощення; 5 – заземлювач; 6 – зона зволоження; 7 – пішохідна доріжка; 8 - струмовідвід