В состав построек на приусадебном участке, кроме жилого дома, входят гараж и сараи для хранения сена и кормов. В связи с развитием фермерских хозяйств объемы этих помещений возрастают и в дальнейшем будут возрастать, в силу чего необходимо определить, какой категории молниезащиты они требуют.
Правилами пожарной безопасности в Российской Федерации (ППБ-01-93) в
гаражах для хранения транспортных средств воспрещается проводить
ремонтные работы с использованием бензина, керосина, дизельного топлива и
других растворителей для промывки деталей, а также окраску, сварку и
любые работы, связанные с открытым огнем. В гаражах разрешается хранение
20 литров топлива и 5 литров масла.
Но специфика работы
сельского труженика заключается в том, что половину года он работает в
поле или на огороде, а половину года он ремонтирует технику или
занимается строительством.
Гараж с наступлением холодов и
окончанием полевых работ превращается в ремонтную мастерскую, в которой
производят не только разрешенные ремонтные работы, но все работы,
которые необходимы. Гараж, как правило, приспосабливают для проведения
ремонтных работ — в нем оборудуют смотровую яму, подвешивают таль,
устанавливают компрессор и т.д. Запас топлива и масел хранится, как
правило, под навесом в бочках у гаража или в гараже.
В период
полевых работ техника работает в напряженном режиме, и ее поломки
неизбежны. Ремонт техники производят в гараже. Этот период совпадает с
периодом интенсивной грозовой деятельности, и гараж должен быть отнесен
ко II категории по устройству молниезащиты, так как в гараже возможно
образование взрывоопасной смеси в результате аварии или неисправности
(например, случайно опрокинули таз, в котором промывались детали в
бензине, и т.д.).
Правилами устройства электроустановок (ПУЭ)
складское помещение, в котором хранятся твердые и волокнистые горючие
вещества, относится к классу П-На. К пожароопасным помещениям класса
П-Иа необходимо и отнести сараи, в которых в течение летнего и осеннего
периода сосредоточивается зимний запас кормов для скота (сена,
комбикормов, ячменя и т.д.). Эти строения по устройству молниезащиты
должны быть отнесены к III категории. На рис. 2 изображен единичный
стержневой молниеотвод, состоящий из молниеприемника, молниеотвода и
заземлителя. Эти элементы присущи любой конструкции молниеотвода.
Степень защищенности от прямых ударов молнии определяется размерами зоны защиты.
Так,
зона защиты типа «А» обладает меньшими размерами, но обеспечивает
степень надежности 99,5%, в то время как зона «Б», обладая большими
размерами, обеспечивает степень надежности только на 95% Размеры зоны
защиты, образуемые молниеотводами, определяются формулами:
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263269222_5.jpg)
Для расчета молниезащиты построек на приусадебном участке с помощью одиночного молниеотвода ниже приведена таблица
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263269238_7.jpg)
Для
расчета молниезащиты построек на приусадебном участке с помощью
одиночного молниеотвода ниже приведена таблица основных его параметров,
вычисленных по приведенным формулам.
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263269206_6.jpg)
Рис. 2. Единичный стержневой молниеотвод: 1 — молниеприемник; 2 — молниеотвод; 3 — заземлитель
Используя
значения п, можно определить вероятное число ударов молнии в год N в
конкретное здание и сооружение, не имеющее молниезащиты. И в зависимости
от величины N и огнестойкости строения произвести выбор типа
молниезащиты.
Для строения III, IV и V степени огнестойкости при N>2 — защита типа «А», а при N<2 — типа «Б».
Пример
2. На рис. 3 представлена часть плана приусадебного участка, на котором
нанесено два строения, одно из которых — жилой дом, совмещенный с
хозяйственными службами (в постройках старого типа именуемый «двором»),
где содержатся куры, скотина, а также хранятся сухие корма, сено и дрова
— строение 1. Другим строением является жилой дом — строение 2. Дома
деревянные V степени огнестойкости. Размеры домов и их взаимное
расположение представлены на рис. 3. Застройка — Курская область.
Требуется определить место расположения и высоту одиночного стержневого молниеотвода, обеспечивающих защиту этих строений.
Решение. Строение 1 относится к III категории. Тип зоны защиты зависит от показателя N.
По
карте рис. 1 определяем среднегодовую продолжительность гроз в Курской
области, которая составляет от 80 до 100 час. По табл. 1 определяем
среднее число ударов молнии в год на 1 км2 поверхности земли, которое
равно 12.
Расчетные данные по строению 1 следующие:
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263269666_1.jpg)
Следовательно, принимается защитная зона типа «Б».
Для строения 2 такого расчета производить не требуется, так как в строении отсутствуют пожароопасные помещения.
Для
строения 2, как для жилого дома, принимается защитная зона типа «Б».
Выбираем место для возведения молниеотвода. Оно должно удовлетворять
следующим требованиям: при минимальной высоте молниеотвода в зоне его
защиты должно находиться максимальное число приусадебных построек, место
расположения молниеотвода должно быть труднодоступным (например,
защищено посадкой кустарников и находиться от строения не ближе 5
метров) В том случае если молниеотвод или какая-либо деталь молниеотвода
(например, оттяжка) будет находиться ближе 5 метров от зданий III, IV и
V степени огнестойкости, необходимо напротив нее на здании проложить
токоотвод и присоединить его под землей к заземлителю.
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263269585_2.jpg)
Рис, 3. Определение типа защитной зоны и параметров для графического расчета стержневого молниеотвода
Для
выбора места возведения молниеотвода целесообразно вычертить в масштабе
план участка (подобно рис. 3), на котором будут указаны размеры зданий,
в том числе и их высота, с учетом выступающих над крышей дымовых труб и
антенн.
Место возведения молниеотвода определяется методом проб.
Для этого необходимо проработать не менее трех вариантов и выбрать из
них лучший — имеющий минимальную высоту при максимальной защите
приусадебных построек.
Для иллюстрации расчетов, связанных с
выбором места возведения молниеотвода и определением его высоты,
продолжим решение примера 2.
На рис. 3 показано расположение молниеотвода по отношению к строениям 1 и 2.
Наиболее
высокой и наиболее удаленной от молниеотвода точкой строения 1 является
точка А, принадлежащая антенне. Ее высота составляет Н = 7,0 м, при
удалении от молниеотвода на L = 16,0 м. Наиболее высокой и наиболее
удаленной от молниеотвода точкой строения 2, также принадлежащей
антенне, является точка Б. Ее высота составляет Н = 10,6 м при удалении
от молниеотвода на расстояние L — 12 м. Как было сказано выше, единичный
молниествол образует зону защиты в виде конуса, за пределы которого
части строения не должны выступать. По мере увеличения высоты
молниеотвода размеры конуса увеличиваются и задача определения высоты
молниеотвода — это подобрать такие размеры защитного конуса, при которых
даже самые высокие и удаленные точки строения не выходили бы за его
пределы.
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263269628_4.jpg)
Рис. 4. Графическое определение высоты единичного стержневого молниеотвода
Учитывая,
что размеры молниеотвода будут получены путем графических построений,
точность которых зависит от масштаба и качества чертежа, наиболее
целесообразно его выполнять на миллиметровой бумаге (миллиметровке) в
масштабе не менее 1 метр натуры в 1 сантиметре чертежа.
Чертеж
необходимо начать с построения графика параметров молниеотводов в
соответствии с табл. 2, для чего по горизонтальной оси в выбранном
масштабе отложить значения Ro, а по вертикальной — Но. Отложенные точки
попарно соединить прямыми линиями, как это показано на рис. 4. В том же
масштабе отложить координаты точек А и Б. Определить размеры Ro и Н0
конуса, за пределы которого точки А и Б не выходят. По величине Но (по
табл.2) определить Н. Точки А и Б находятся внутри конуса, Н0 которого
равно 18,4 м, что соответствует полной высоте молниеотвода по табл. 2
(Н=20 м).
В строениях с металлической крышей она же является и
молниеприемником, поэтому соединена с заземлителем. Этот вид
молниезащиты, как правило, рассчитан на защиту конкретного строения.
Заземляющее устройство не зависит от формы и размеров молниеприемника, и
при расчете первого в
случае использования металлической крыши в
качестве молниеприемника можно воспользоваться сведениями, приведенные
выше (одиночный стержневой молниеотвод).
Прежде чем приступить к
расчету заземляющего устройства с достаточно малым сопротивлением,
необходимо ознакомиться со свойствами земли и условиями, при которых
между электродами заземления и землей может образоваться электрическое
соединение с малым переходным сопротивлением. Электрофизические свойства
земли, в которых находится заземлитель, определяются ее удельным
сопротивлением р. За удельное сопротивление земли принимается
сопротивление земли между противоположными плоскостями куба с ребрами в 1
м.
Как было сказано, наша страна располагается в семи
климатических поясах, температура и влажность в которых разнятся в
широких пределах. Для проектирования жилых зданий территория России по
физико-географическим признакам разделяется на четыре района. На рис. 5
представлена карта России (со странами СНГ), на которой обозначены
границы этих районов. Однако свойства земли (грунта) со сменой времен
года будут меняться даже в пределах одного района. При расчетах этот
факт учитывается в сезонном коэффициенте Кс.
Удельное
сопротивление грунта измеряется при средней влажности и положительной
температуре в Ом • метрах или Ом ■ сантиметрах (1 Ом - метр = 100 Ом ■
сантиметрам). Сезонный коэффициент Кс всегда больше единицы и призван
компенсировать сезонное увеличение удельного сопротивления грунта.
Удельные сопротивления грунтов р и значения сезонных коэффициентов Кс приведены в таблицах 3 и 4.
Приведенные
в таблице 3 данные относятся к грунтам, влажность которых — 10— 20% к
их весу. Но грунт не однороден. Верхняя часть грунта на глубину около
метра более подвержена намоканию, высыханию и промораживанию, что
значительно изменяет удельное сопротивление верхней части грунта. Слои
грунта, лежащие ниже уровня промерзания, имеют более стабильные
показатели по влажности и температуре. За-землители могут быть выполнены
в виде вертикальных электродов или электродов в виде горизонтальных
полос. Для того чтобы расположить электроды в более влажных и
непромерзающих слоях грунта, их заглубляют так, чтобы верхняя часть
вертикальных электродов находилась на глубине 0,7— 1,0 м, а
горизонтальные — полностью находились на этой глубине.
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/thumbs/1263269936_r5.jpg)
Рмс. 5. Карта схематического районирования территории России и стран СНГ по физико-географическим признакам
Верхний
пахотный слой земли на приусадебном участке — это одна из самых больших
ценностей крестьянского двора. Слой чернозема наращивается трудом
нескольких поколений и именно слой чернозема имеет решающее значение в
получении урожая. Раскрытие и прокладка коммуникаций в крестьянском
дворе, как правило, производится под дорогами, так как рытье канав
связано с перемешиванием грунта, а следовательно, и потерей плодородного
слоя. Заземлители молниеотводов, во избежание шагового поражения людей,
должны располагаться в стороне от пешеходных дорожек, а следовательно
на земле, которая может быть использована для выращивания различных
культур, в силу чего разрытие должно быть минимальным. Этим требованиям
удовлетворяет заземляющее устройство с вертикальными заземлителями.
Основной
электрической характеристикой заземлителя является сопротивление
растеканию тока. Предположим, что в земле находится электрод и через
него происходит замыкание на землю (рис. 6). Вокруг электрода образуется
электрическое поле и зона повышенных потенциалов, которые по мере
удаления от электрода уменьшаются и на расстоянии 20 м становятся
близкими к 0. Это явление называется растеканием тока. В зоне растекания
тока находиться опасно. Как показано на рис. 6, передние ноги лошади
находятся ближе к заземлителю в зоне потенциала V2, а задние ноги — под
потенциалом Vi. Лошадь в данном случае является сопротивлением, к
которому приложена разность потенциалов V2—Vi. В результате по лошади
(через передние ноги, тело лошади и задние ноги) будет протекать ток,
сила которого равна J = V2—Vi / R лошади, что может вызвать поражение
электрическим током, называемое напряжением шага.
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263270268_s6.jpg)
Рис. 6. Растекание тока от единичного электрода заземлителя
Зная
величину удельного сопротивления грунта и длину электродов, можно,
пользуясь приближенной формулой из таблицы 5, определить сопротивление
растеканию одиночного электрода.
Искусственные
заземлители, как правило, состоят из нескольких электродов, соединенных
между собой проводниками. В том случае, если исключить их взаимное
влияние друг на друга, расстояние между ними в заземлении должно быть не
менее 25 м. Чем ближе находятся электроды один от другого, тем в
большей степени сказывается их взаимное влияние. Для учета взаимного
влияния электродов устанавливается коэффициент использования
заземлителей г].
В таблице 6 приведены коэффициенты использования вертикальных электродов, размещенных в ряд.
* а — расстояние между электродами в м; 1 — длина электрода в м.
Сопротивление заземлителей при растекании тока молнии называется импульсным, и его определяют по формуле
где:
R — сопротивление заземлителей при низкой частоте и малых плотностях токов на поверхности — при токах промышленной частоты;
аи — импульсный коэффициент; RH — сопротивление заземлителей при растекании тока молнии — импульсное сопротивление.
Импульсное
сопротивление непосредственному измерению не поддается, поэтому его
оценивают косвенно по сопротивлению при промышленной частоте RH и
импульсному коэффициенту аи. Но импульсный коэффициент аи зависит от
удельного сопротивления земли. Он тем меньше, чем больше удельное
сопротивление грунта. Значение импульсного коэффициента аи в зависимости
от удельного сопротивления грунта при вертикальных электродах
представлено в таблице 7.
Связь между сопротивлениями при импульсе и промышленной (низкой) частоте представлена в таблице 8.
Пример
3. Необходимо определить величину сопротивления заземлителей на
промышленной частоте для присоединения к нему импульсного заземлителя с
сопротивлением 40 Ом * ргр. = 500 Ом * м.
Решение. Импульсному
заземлителю величиной 40 Ом соответствует заземлитель, рассчитанный по
переменному току, сопротивление которого равно 60 Ом. В качестве
технических способов электрозащиты в сельском доме применяются зануление
и молниезащита. В ряде случаев требуется повторное заземление нулевого
провода. Его необходимо выполнять на концах воздушных линий или
ответвлениях длиной более 200 м, а также на вводах в здания, установки
которых подлежат заземлению. Сопротивление каждого из повторных
заземлителей на линиях 380/220 В — 30 Ом.
От прямых ударов молнии
здания и сооружения II категории защищают заземли-телями с импульсным
сопротивлением не более 10 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением 500
Ом * м и выше — с сопротивлением не более 40 Ом.
От прямых
ударов молнии здания и сооружения III категории защищают заземли-телями с
импульсным сопротивлением не более 20 Ом, а в грунтах с удельным
сопротивлением 500 Ом * м и выше допускается не более 40 Ом. Для защиты
ферм крупного рогатого скота и конюшен сопротивление не должно превышать
10 Ом.
Заноса высокого потенциала в здания и сооружения II
категории можно избежать при применении кабельного ввода или кабельной
вставки длиной не менее 50 м, а внешние наземные металлические
коммуникации на вводе необходимо присоединить к грозозащитному или
повторному заземлению.
Защиту зданий III категории от заноса
высоких потенциалов по линиям электросети можно осуществить с помощью
мер, предусмотренных для зданий II категории или благодаря присоединению
к защитному заземлению внешних металлических коммуникаций на вводе,
включая штыри и крюки изоляторов (рис. 7).
Пример 4. Определить
количество электродов заземлителя, изготовленных из стали диаметром 12
мм, длиной 5 м. В за-землителе электроды расположены в ряд с расстоянием
5 м и соединены между собой стальным прутком диаметром 12 мм.
Приусадебный
участок расположен под Москвой. Грунт участка — песок с удельным
сопротивлением 750 Ом-м (р^. = 750 Ом-м.). Решение. На участке
расположены строения, относящиеся по классификации зданий и сооружений
по устройству молниеза-щиты к зданиям III категории. Импульсное
сопротивление заземлителя не должно превышать 20 Ом, а в грунтах с
удельным сопротивлением 500 Ом ■ м и выше — не более 40 Ом.
По
таблице 8 методом интерполяции устанавливаем, что импульсному
сопротивлению в 40 Ом при удельном сопротивлении грунта ргр. ~ 750 Ом • м
соответствует сопротивление заземления, равное 70 Ом (R = 70 Ом).
Определим значение удельного сопротивления грунта с учетом сезонного
коэффициента Кс (см. табл. 4). По карте схематического районирования
страны (рис. 5) определяем, что земли Подмосковья относятся ко второму
климатическому району, сезонный коэффициент которого для электродов
длиной 6 м равен 1,25.
Пользуясь приближенной формулой, приведенной в табл. 5, определяем сопротивление одиночного электрода:
где 1 — длина электрода.
![Расчет молниезащитного устройства Расчет молниезащитного устройства](/uploads/posts/2010-01/1263270756_r7.jpg)
Рис. 7. Заземление крюков изоляторов
При
расположении электродов в один ряд с расстоянием между ними 5 м,
отношение расстояния между электродами к длине электрода равно L (а/1
=1). Предварительно определяем число электродов в заземлителе, равное 3,
и по табл. 6 определяем коэффициент использования ч, который принимаем
равным 0,8. Это означает, что действительное сопротивление одного
электрода в заземлителе из трех стержней вследствие их взаимного влияния
будет равно:
Устанавливаем,
что заземляющее устройство состоит из трех электродов, связанных между
собой металлическим прутком, диаметр которого 12 мм и длина 10 м,
заглубленных в грунт на 0,7—1,0 м. С этого прутка также будет
происходить растекание тока, что дает нам право уменьшить количество
электродов с 3,34 до 3,0 штук.
Источник: Сделай сам, № 2/98
/ mastedom.ru 12-01-2010, 06:54
|