Изчислете продължителността на светкавицата, ако. Отчитаме честотата на ударите на мълния в сграда

Параметри на тока на мълния

Параметър на светкавицата

Ниво на защита

Пикова стойност на тока, kA

Пълно зареждане, C

Заряд на импулс, C

Специфична енергия kJ/Ohm

Среден наклон kA/μs

3.1.3. Мълния и атмосферно електричество

Мълнията е една от честите причини за нежелано пренапрежение, прекъсвания и повреди в системите за автоматизация. Зарядът, натрупан в облаците, има потенциал от около няколко милиона волта спрямо повърхността на Земята и често е отрицателен. Посоката на тока на мълнията може да бъде от земята към облака, с отрицателен зарядоблаци (в 90% от случаите) и от облак към земя (в 10% от случаите). Продължителността на разряда на мълния е средно 0,2 s, рядко до 1 ... 1,5 s, продължителността на предния фронт на импулса е от 3 до 20 μs, токът е няколко хиляди ампера, до 100 kA, температурата в канала достига 20 000 ˚C, появява се мощно магнитно поле и радиовълни [Vijayaraghavan]. Светкавици могат да се образуват и по време на прашни бури, виелици и вулканични изригвания. По време на разряд на мълния се появяват няколко импулса (фиг. 3.64). Стръмността на фронта в следващите импулси е много по-голяма, отколкото в първия (фиг. 3.65).

Честотата на падане на мълния върху сгради с височина 20 m и размери 100x100 m е 1 път на 5 години, а за сгради с размери около 10x10 m - 1 удар на 50 години [RD]. Броят на директните удари на мълнии във високата 540 м телевизионна кула Останкино е 30 удара годишно.

,

къде е максималният ток; - корекционен коефициент; - време; - предна времеконстанта; - константа на времето на затихване.

Параметрите, включени в тази формула, са дадени в табл. 3.23. Те съответстват на най-мощните мълниеносни разряди, които са редки (по-малко от 5% от случаите [Vijayaraghavan]. Токове от 200 kA се срещат в 0,7...1% от случаите, 20 kA в 50% от случаите [Kuznetsov]).

Зависимостите на първия импулс на тока на мълния и неговата производна от времето, построени по формула (3.2), са показани на фиг. 3,65. Моля, обърнете внимание, че времевите скали на графиките се различават с коефициент 10 и че скалата е логаритмична. Максималната скорост на нарастване (първа производна) на първия импулс е 25 kA/µs, следващите импулси - 280 kA/µs.

Скоростта на нарастване на тока се използва за изчисляване на големината на индуцирания импулс в кабелите за автоматизация.

Сградите и съоръженията или части от тях, в зависимост от тяхното предназначение, интензивността на мълниеносната дейност в района на местоположението и очаквания брой удари на мълнии годишно, трябва да бъдат защитени в съответствие с категориите на мълниезащитното устройство и вида на охранителна зона. Защитата от директни удари на мълния се осъществява с помощта на гръмоотводи различни видове: прът, кабел, мрежа, комбиниран (например кабел-пръчка). Най-често се използват прътови гръмоотводи, като кабелните гръмоотводи се използват главно за защита на дълги и тесни конструкции. Защитният ефект на гръмоотвод под формата на мрежа, нанесен върху защитаваната конструкция, е подобен на действието на обикновен гръмоотвод.

Защитният ефект на гръмоотвода се основава на способността на мълнията да поразява най-високите и добре заземени метални конструкции. Благодарение на това защитената сграда, която е по-ниска по височина в сравнение с гръмоотвода, практически няма да бъде поразена от мълния, ако всичките й части са включени в защитната зона на гръмоотвода. За защитна зона на гръмоотвода се счита частта от пространството около гръмоотвода, която в определена степен осигурява защита на сградите и съоръженията от преки попадения на мълния.

надеждност. Повърхността на защитната зона има най-малка и постоянна степен на надеждност; С навлизането в зоната надеждността на защитата се увеличава. Защитната зона тип A има ниво на надеждност от 99,5% или по-високо, а тип B има ниво на надеждност от 95% или по-високо.

Обща схема за решаване на проблема: произведена количествено определяневероятността мълния да удари защитен обект, разположен на равна площ с доста равномерни почвени условия на мястото, заемано от обекта, т.е. определя се очакваният брой удари на мълнии на година на защитения обект. В зависимост от категорията на мълниезащитното устройство и получената стойност на очаквания брой мълнии за година на защитавания обект се определя вида на защитната зона. Изчисляват се взаимните разстояния между гръмоотводите, взети по двойки, и се изчисляват параметрите на защитните зони на дадена височина от земята.

В зависимост от вида, броя и взаимното разположение на мълниеотводите, защитните зони могат да имат голямо разнообразие от геометрични форми. Надеждността на мълниезащитата на различни височини се оценява от проектанта, който, ако е необходимо, изяснява параметрите на мълниезащитното устройство и взема решение за необходимостта от допълнителни изчисления.

Промишлени, жилищни и обществени сгради и конструкции, в зависимост от техните конструктивни характеристики, предназначение и значение, вероятността от експлозия или пожар, технологични характеристики, както и интензивността на светкавичната активност в района на тяхното местоположение, се разделят на три категории по защита от мълния: I - промишлени сгради и конструкции с взривоопасни помещения от класове B-1 и B-2 съгласно PUE; включва и сгради на електроцентрали и подстанции; II - други сгради и постройки с взривоопасни помещения, некласифицирани в I категория; III - всички други сгради и съоръжения, включително пожароопасни помещения.

За оценка на гръмотевичната активност в различни райони на страната се използва карта на разпределението на средния брой гръмотевични часове за година, върху която се нанасят линии с еднаква продължителност на гръмотевични бури или данни от съответната местна метеорологична станция.

Вероятността даден обект да бъде ударен от мълния зависи от интензивността на гръмотевичната буря в района на неговото местоположение, височината и площта на обекта и някои други фактори и се определя количествено от очаквания брой удари на мълнии годишно . За сгради и конструкции, които не са оборудвани с мълниезащита, броят на щетите се определя по формулата

Където С И Л - съответно ширината и дължината на защитената сграда (съоръжение), която има правоъгълна форма в план, m; ч - най велик

височина на защитения обект, m; П- среден годишен брой на мълнии на 1 km 2 земната повърхностна мястото на обекта, стойност Пс еднаква интензивност на гръмотевична дейност се определят от таблици. За сгради сложна конфигурациякогато се изчислява като СИ Лсе вземат предвид ширината и дължината на най-малкия правоъгълник, в който сградата може да бъде вписана в плана.

Категорията на мълниезащитното устройство и очакваният брой мълнии годишно на защитения обект определят вида на защитната зона: сградите и съоръженията, принадлежащи към категория I, подлежат на задължителна мълниезащита. Защитната зона трябва да има степен на надеждност от 99,5% или по-висока (защитна зона тип А); защитните зони за сгради и съоръжения, принадлежащи към категория II, се изчисляват според тип А, ако н> 1 и тип B в противен случай; зони, принадлежащи към категория III, се изчисляват според тип А, ако н > 2 и тип B в противен случай. Това се отнася само за сгради и съоръжения, които са класифицирани като взривоопасни и пожароопасни. За всички останали обекти от тази категория, независимо от стойността нтип защитна зона е приет B.

Изчисляването на мълниезащитата на сгради и конструкции включва определяне на границите на зоната за защита от мълния, която е пространството, защитено от директни удари на мълния. Защитна зона с единична височина на гръмоотвод ч  150 m представлява кръгъл конус, която в зависимост от вида на защитната зона се характеризира със следните размери:

ч
тя

ч
тя

(12.16)

Където ч 0 - връх на конуса на защитната зона, m; r 0 - радиус на основата на конуса на нивото на земята, m; r x - радиус на хоризонталното сечение на защитната зона на височина чх от нивото на земята, m; чх - височина на защитената конструкция, m.

Защитната зона на единичен гръмоотвод в план се изобразява графично с кръг със съответния радиус. Центърът на кръга е в точката, където е монтиран гръмоотводът.

Защитна зона на двоен гръмоотвод с височина до 150 m с разстояние между гръмоотводите равно на Л, показано на фиг. 12.1. Фигурата показва, че защитната зона между два гръмоотвода има значително големи размери, отколкото сумата от защитните зони на два единични мълниеприемника. Част от охранителната зона

между прътовите гръмоотводи в участъка, минаващ през осите на гръмоотводите, има съединение (фиг. 12.1), а останалите му части се наричат ​​крайни части.

Определянето на очертанията на крайните части на защитната зона се извършва съгласно изчислителните формули, използвани за изграждане на защитната зона на единични мълниеотводи, т.е. размери ч 0 , r 0 , rх 1, rх2, се определят в зависимост от вида на защитната зона по формули (12.15) или (12.16). В план крайните части са полукръгове с радиус r 0 или r x, които са ограничени от равнини, минаващи през осите на гръмоотводи, перпендикулярни на линията, свързваща техните основи.

Свързващата част на защитната зона е ограничена отгоре с прекъсната линия, която може да бъде изградена с помощта на три точки: две от тях лежат на гръмоотводи на височина ч 0, а третият е разположен в средата между тях на височина ч° С. Напречен разрез на защитната зона А-А(Фиг. 12.1) се определят съгласно правилата и формулите, приети за единични гръмоотводи.

Защитните зони на двойния гръмоотвод са със следните размери:

(12.17)

Зона А съществува, когато Л  3 ч , в противен случай гръмоотводите се считат за единични;

(12.18)

Зона Б съществува, когато Л  5ч, в противен случай гръмоотводите се считат за единични. Във формули (12.17), (12.18) Л - разстояние между гръмоотводи, m; ч c - височина на защитната зона в средата между гръмоотводите, m; r с - ширина на напречното сечение на защитната зона на фугата А-А(фиг. 12.1) на нивото на земята, m; d - ширина на хоризонталния участък на защитната зона на фугата в разрез А-Ана високо чх от нивото на терена, м.

Основното условие за наличието на съвместна защитна зона на двупрътов гръмоотвод е изпълнението на неравенството r cx > 0. В този случай конфигурацията на съвместната защитна зона в плана се състои от две равнобедрени трапецис обща основа с дължина 2 r cx, който лежи по средата между гръмоотводите. Другата основа на трапеца е с дължина 2 rХ. Линията, свързваща точките за монтаж на гръмоотводи, е перпендикулярно на основитетрапец и ги разделя наполовина. Ако r cx = 0 съвместната защитна зона в план представлява два равнобедрени триъгълника, чиито основи са успоредни една на друга, а върховете лежат в една точка, разположена в средата между гръмоотводите. Ако не се извърши изграждане на охранителна зона.

Обектите, разположени на доста голяма площ, са защитени от няколко гръмоотвода (множествен гръмоотвод). За определяне на външните граници на защитната зона на множество мълниеприемници се използват същите техники, както при единични или двойни мълниеотводи. В този случай, за да се изчислят и конструират външните очертания на зоната, гръмоотводите се вземат по двойки в определена последователност. Основното условие за защита на една или група конструкции с височина чх с надеждност, съответстваща на защитните зони АИ б, е изпълнението на неравенството r cx > 0 за всички гръмоотводи, взети по двойки.

За защита на дълги и тесни конструкции, както и в някои други случаи, се използват едножични мълниеотводи.

Защитната зона, образувана от взаимодействието на кабелни и прътови (единични или двойни) мълниеотводи, се определя по същия начин, както защитната зона на многопръстови гръмоотвод. При

В този случай опорите на гръмоотвода на контактната мрежа са равни на прътови гръмоотводи с височина А и радиус на основата на защитната зона r, в зависимост от вида на охранителната зона.

Въпроси за самопроверка

1. Дайте класификация на електрическите инсталации по отношение на мерките за електрическа безопасност.

Избройте използваните видове заземяване.

Опишете устройството за заземяване и дизайна на заземяващите проводници.

4. Избройте характеристиките на заземяващите устройства в инсталации до и над 1 kV.

5. Какво е изчислението на простите заземителни проводници?

6. Изчислете специфичното еквивалентно електрическо съпротивление на земята.

Опишете защитния ефект на гръмоотвода и категоризирайте известните ви сгради и конструкции.

Изчислете защитната зона на единичен гръмоотвод.

Изчислете защитната зона на двоен прътов гръмоотвод и изобразете защитната зона за различните височини на защитаваната сграда.

ГЛАВА ТРИНАДЕСЕТА

СЧЕТОВОДСТВО И ЕНЕРГОСПЕСТЯВАНЕ

Средна годишна продължителност на гръмотевичните бури.Специфична плътност на мълнииn М.. Радиус на свиване Rst.. Брой директни удари на мълния в обект.. Степен на опасност от мълния.

Задачата на проектанта е да предвиди в проекта надеждна и подходяща мълниезащитна система за съоръжението. За да се определи достатъчно количество защитни мерки, които осигуряват ефективна защита срещу мълния, е необходимо да се разбере прогнозираният брой директни удари на мълния в защитената конструкция. INНа първо място, честотата на директните удари на мълния зависи от честотата на гръмотевичните бури на мястото на обекта.

Така над полярния кръг почти няма гръмотевични бури, но в южните райони Северен Кавказ, Краснодарски край, в субтропичния пояс или в някои райони на Сибир и Далеч на изток, гръмотевичните бури са често явление. За да се оцени гръмотевичната активност, има регионални карти на интензивността на гръмотевичната активност, които показват средната продължителност на гръмотевичните бури в часове на година. Разбира се, тези карти далеч не са идеални. Те обаче са подходящи за груби оценки. Например за централната част на Русия можем да говорим за 30–60 гръмотевични часа годишно, което се равнява на 2–4 мълнии годишно на 1 км. 2 земната повърхност.

Специфична плътност на мълниевите разряди

Средногодишен брой на мълнии на 1 км 2 повърхността на земята или специфично теглогръмотевични разряди ( n М) се определя от данните метеорологични наблюденияна мястото на обекта. Ако е неизвестен, тогава може да се изчисли по следната формула:

n М = 6,7*Т d /100 (1/km 2 година)

Оценяване на честотата на ударите на мълнията през радиуса на свиване

След като определи специфичната плътност на мълниевите разряди, проектантът трябва да прецени каква част от тези удари на мълния ще ударят защитения обект.
Оценка може да се направи с помощта на радиуса на свиване (Rst). Опитът показва, че обект с височина h средно привлича всички мълнии от разстояние до: Rst ≈ 3ч.

Това е радиусът на свиване. В плана трябва да начертаете линия, която е отдалечена от външния периметър на обекта на разстояние Rst. Линията ще ограничи зоната на свиване (Sst). Може да се изчисли по всички налични методи (дори с помощта на клетки на милиметрова хартия).

Тази оценка е подходяща и за обекти със сложна форма, отделни фрагменти от които имат коренно различна височина. В близост до всеки от фрагментите, въз основа на тяхната специфична височина, се изгражда крива, която ограничава собствената му зона на свиване. Естествено, те ще се припокриват частично. Трябва да се вземе предвид само зоната, затворена от външната обвивка, както е показано на фиг. 1. Тази област ще определи очаквания брой удари на мълнии.
Фиг. 1

Броят на директните удари на мълния в защитен обект се определя просто: стойността на площта на свиване, изразена в квадратни километри, се умножава по специфичната плътност на изхвърлянето на мълния:

н М = n М*Св.

Практически изводи

От тази техника следват няколко очевидни заключения.
Първо, броят на мълниите, които попадат в един концентриран обект като кула или опора, чиято височина е много по-голяма от другите габаритни размери, ще бъде пропорционална на квадрата на нейната височина (Sst=π(3h) 2 ), а за удължени обекти (например електропровод) – пропорционално на височината на първа степен. Други обекти заемат междинна позиция в конфигурацията.

Второ, с натрупването на много обекти в ограничена зона, когато техните зони на свиване частично се припокриват (градско развитие), броят на мълниите във всеки от обектите ще бъде значително по-малък, отколкото в същия обект на открито.
В условията на плътно застрояване, когато свободното пространство между обектите е значително по-малко от тяхната височина, тогава всеки от обектите практически ще събира мълния само от площта на покрива си и височината му ще престане да играе забележима роля. Всичко това е убедително потвърдено от експлоатационния опит.

Ниво на опасност от мълния

При оценката на степента на опасност от мълния има един нюанс, който е по-добре обяснен с пример. Да предположим, че оценяваме броя на ударите върху антенна мачта с височина 30 м. С добра точност можем да приемем, че нейната зона на свиване е окръжност с радиус Rst ≈ 3h = 90 м и е равна на Sst = 3,14*(90) 2 ≈25 000 m 2 = 0,025 км 2 .

Ако на мястото на мачтата специфичната плътност на мълниеотводите n М= 2, тогава мачтата трябва да поема средно годишно Nm = 0,025 x 2 = 0,05 мълнии. Това означава, че средно 1 удар от мълния ще се случи на всеки 1/Nm = 20 години работа. Естествено е невъзможно да се знае кога това наистина ще се случи: с еднаква вероятност може да се случи по всяко време, както през първата година, така и през двадесетата година от експлоатацията.

Ако оценим степента на опасност от мълния за конкретна антенна мачта от позицията на собствениците мобилни телефони, тогава вероятно можете да се примирите с прекъсване на комуникацията, което може да се случи веднъж на 20 години работа. Самата телефонна компания може да има съвсем различен подход. Ако работи не с една, а със 100 антенни системи, тогава компанията едва ли ще бъде доволна от перспективата за годишен ремонт средно на 100/20 = 5 антенни единици.

Трябва също така да се каже, че оценката на честотата на директните удари на мълния сама по себе си казва малко. Всъщност не честотата на ударите на мълнии е важна, а оценката на вероятността от възможни разрушителни последици от тях, което ни позволява да определим осъществимостта на определени мерки за мълниезащита. Прочетете също блогове за това: