Izračunajte trajanje munje ako. Brojimo učestalost udara groma u zgradu

Parametri struje munje

Parametar munje

Nivo zaštite

Vrijednost vršne struje, kA

Potpuno punjenje, C

Punjenje po impulsu, C

Specifična energija kJ/Ohm

Prosječni nagib kA/μs

3.1.3. Munje i atmosferski elektricitet

Munja je jedan od čestih uzroka neželjenih prenapona, prekida i kvarova u sistemima automatizacije. Naboj akumuliran u oblacima ima potencijal od oko nekoliko miliona volti u odnosu na površinu Zemlje i često je negativan. Smjer struje groma može biti od zemlje do oblaka, s negativni naboj oblaci (u 90% slučajeva), i od oblaka do tla (u 10% slučajeva). Trajanje pražnjenja groma je u prosjeku 0,2 s, rijetko do 1...1,5 s, trajanje prednje ivice impulsa je od 3 do 20 μs, struja je nekoliko hiljada ampera, do 100 kA, temperatura u kanalu dostiže 20.000 ˚C, pojavljuje se snažno magnetno polje i radio talasi [Vijayaraghavan]. Munje se takođe mogu formirati tokom prašnih oluja, mećava i vulkanskih erupcija. Tokom pražnjenja munje pojavljuje se nekoliko impulsa (slika 3.64). Strmina fronta u narednim impulsima je mnogo veća nego u prvom (slika 3.65).

Učestalost udara groma na objekte visine 20 m i dimenzija 100x100 m je 1 put u 5 godina, a za objekte dimenzija oko 10x10 m - 1 pogodak u 50 godina [RD]. Broj direktnih udara groma u 540 m visok Ostankinski TV toranj je 30 udara godišnje.

,

gdje je maksimalna struja; - faktor korekcije; - vrijeme; - prednja vremenska konstanta; - vremenska konstanta raspada.

Parametri uključeni u ovu formulu dati su u tabeli. 3.23. Oni odgovaraju najjačim pražnjenjima groma, koja su rijetka (manje od 5% slučajeva [Vijayaraghavan]. Struje od 200 kA javljaju se u 0,7...1% slučajeva, 20 kA u 50% slučajeva [Kuznjecov]).

Zavisnosti prvog impulsa struje groma i njegovog derivata od vremena, konstruisane prema formuli (3.2), prikazane su na sl. 3.65. Imajte na umu da se vremenske skale na grafikonima razlikuju za faktor 10 i da je skala logaritamska. Maksimalna brzina porasta (prva derivacija) prvog impulsa je 25 kA/µs, narednih impulsa - 280 kA/µs.

Brzina porasta struje koristi se za izračunavanje veličine induciranog impulsa u kablovima za automatizaciju.

Zgrade i objekti ili njihovi dijelovi, u zavisnosti od namjene, intenziteta gromobranske aktivnosti na području lokacije i očekivanog broja udara groma godišnje, moraju biti zaštićeni u skladu sa kategorijama gromobranskog uređaja i vrstom. zaštitne zone. Zaštita od direktnih udara groma vrši se pomoću gromobrana razne vrste

Zaštitni efekat gromobrana zasniva se na sposobnosti munje da udari u najviše i dobro utemeljene metalne konstrukcije.

Zahvaljujući tome, zaštićeni objekat, koji je niži u odnosu na gromobran, praktično neće biti pogođen gromom ako svi njegovi dijelovi budu uključeni u zonu zaštite gromobrana.

Zonom zaštite gromobrana smatra se dio prostora oko gromobrana koji u određenoj mjeri obezbjeđuje zaštitu zgrada i objekata od direktnog udara groma. pouzdanost. Površina zaštitne zone ima najmanji i konstantan stepen pouzdanosti; Kako ulazite dublje u zonu, povećava se pouzdanost zaštite.

Zaštitna zona tipa A ima nivo pouzdanosti od 99,5% ili više, a tip B ima nivo pouzdanosti od 95% ili više.

Opća shema za rješavanje problema: proizvedena

Za procjenu aktivnosti grmljavine u različitim dijelovima zemlje koristi se mapa distribucije prosječnog broja grmljavinskih sati godišnje, na kojoj su ucrtane linije jednakog trajanja grmljavine ili podaci iz odgovarajuće lokalne meteorološke stanice.

Vjerojatnost da objekt udari grom ovisi o intenzitetu aktivnosti grmljavine na području gdje se nalazi, visini i površini objekta i nekim drugim faktorima i kvantificira se očekivanim brojem udara groma godišnje. . Za zgrade i objekte koji nisu opremljeni gromobranskom zaštitom, broj oštećenja određuje se po formuli

Gdje S I L - odnosno širina i dužina zaštićene građevine (strukture), koja u tlocrtu ima pravougaoni oblik, m; h - najveći

visina štićenog objekta, m; n- prosječan godišnji broj udara groma po 1 km 2 zemljine površine na lokaciji objekta, vrijednost n sa jednakim intenzitetom aktivnosti grmljavine određene su iz tabela. Za zgrade složena konfiguracija kada se računa kao S I L uzimaju se u obzir geografska širina i dužina najmanjeg pravougaonika u koji se zgrada može upisati u plan.

Kategorija gromobranskog uređaja i očekivani broj udara groma po godini štićenog objekta određuju vrstu zone zaštite: zgrade i objekti I kategorije podliježu obaveznoj gromobranskoj zaštiti. Zaštitna zona mora imati stepen pouzdanosti od 99,5% ili više (zaštitna zona tipa A); zaštitne zone za zgrade i objekte II kategorije izračunavaju se prema tipu A, ako N> 1, a inače tip B; zone koje pripadaju kategoriji III obračunavaju se prema tipu A, ako N > 2, a inače tip B. N Ovo se odnosi samo na zgrade i objekte koji su klasifikovani kao opasne od eksplozije i požara. Za sve ostale objekte ove kategorije, bez obzira na vrijednost

Prihvaća se tip zaštitne zone B. h  Proračun gromobranske zaštite zgrada i objekata podrazumijeva određivanje granica gromobranske zaštitne zone, odnosno prostora zaštićenog od direktnih udara groma. Zaštitna zona jedne visine gromobrana 150 m predstavlja kružni konus

, koji se, ovisno o vrsti zaštitne zone, odlikuje sljedećim dimenzijama:
h

, koji se, ovisno o vrsti zaštitne zone, odlikuje sljedećim dimenzijama:
ona

(12.16)

Gdje h 0 - ona vrh konusa zaštitne zone, m; 0 - r poluprečnik osnove konusa u nivou tla, m; r h x - radijus horizontalnog presjeka zaštitne zone u visini x h x - radijus horizontalnog presjeka zaštitne zone u visini od nivoa tla, m;

Zaštitna zona jednošipnog gromobrana u planu je grafički prikazana krugom odgovarajućeg polumjera. Centar kruga je na mjestu gdje je postavljen gromobran.

Zona zaštite dvostrukog gromobrana visine do 150 m sa razmakom između gromobrana jednakim L, prikazano na sl. 12.1. Na slici je vidljivo da zaštitna zona između dva gromobrana ima značajno velike veličine

, nego zbir zaštitnih zona dva pojedinačna gromobrana.

Dio zaštitne zone h 0 , vrh konusa zaštitne zone, m; 0 , vrh konusa zaštitne zone, m; između štapnih gromobrana u presjeku koji prolazi kroz osi gromobrana je spoj (slika 12.1), a njegovi preostali dijelovi se nazivaju krajnji dijelovi. vrh konusa zaštitne zone, m; Određivanje obrisa krajnjih delova zaštitne zone vrši se prema proračunskim formulama koje se koriste za izradu zaštitne zone pojedinačnih gromobrana, tj. x 1, vrh konusa zaštitne zone, m; 0 x2, vrh konusa zaštitne zone, m; određuju se u zavisnosti od vrste zaštitne zone pomoću formula (12.15) ili (12.16). U tlocrtu, krajnji dijelovi su polukrugovi sa polumjerom

ili h x, koji su ograničeni ravnima koje prolaze kroz ose gromobrana okomito na liniju koja spaja njihove osnove. h Spojni dio zaštitne zone ograničen je odozgo isprekidanom linijom, koja se može konstruirati pomoću tri točke: dvije leže na gromobranima u visini 0, a treći se nalazi u sredini između njih na visini-0, a treći se nalazi u sredini između njih na visini c.

Obris poprečnog presjeka zaštitne zone

(12.17)

A L  3 h , (Sl. 12.1) određuju se prema pravilima i formulama usvojenim za jednostruke gromobrane.

(12.18)

Zaštitne zone dvošipnog gromobrana imaju sljedeće dimenzije: L  5h Zona A postoji kada L - u suprotnom, gromobran se smatra pojedinačnim; h Zona B postoji kada vrh konusa zaštitne zone, m; , inače se gromobrani smatraju pojedinačnim. U formulama (12.17), (12.18) - razmak između gromobrana, m; c - visina zaštitne zone u sredini između gromobrana, m; With c - visina zaštitne zone u sredini između gromobrana, m;širina zaštitne zone spoja u presjeku h x - radijus horizontalnog presjeka zaštitne zone u visini A-A

(Sl. 12.1) u nivou tla, m; d - širina horizontalnog presjeka zone zaštite spoja u presjeku vrh konusa zaštitne zone, m; na vrhu od nivoa tla, m. Glavni uvjet za postojanje zaštitne zone zgloba dvostrukog gromobrana je ispunjenje nejednakosti cx vrh konusa zaštitne zone, m;> 0. U ovom slučaju, konfiguracija zajedničke zaštitne zone u planu se sastoji od dva vrh konusa zaštitne zone, m; jednakokraki trapezi imaju zajedničku bazu dužine 2 okomito na baze trapeza i dijeli ih na pola. Ako vrh konusa zaštitne zone, m; na vrhu = 0, zona zaštite zgloba u tlocrtu predstavlja dva jednakokraka trougla, čije su osnove međusobno paralelne, a vrhovi leže u jednoj tački, smještenoj u sredini između gromobrana. Ako se ne izvede izgradnja zaštitne zone.

Objekti koji se nalaze na prilično velikoj površini zaštićeni su s nekoliko gromobrana (višestruki gromobran). Za određivanje vanjskih granica zaštitne zone višestrukih gromobrana koriste se iste tehnike kao i za jednostruke ili dvostruke gromobrane. U ovom slučaju, da bi se izračunali i konstruirali vanjski obrisi zone, gromobrani se uzimaju u parovima u određenom nizu. h x - radijus horizontalnog presjeka zaštitne zone u visini Glavni uslov za zaštitu jedne ili grupe objekata sa visinom sa pouzdanošću koja odgovara zonama zaštite I A B vrh konusa zaštitne zone, m; na vrhu > , je ispunjenje nejednakosti

0 za sve gromobrane uzete u paru.

Za zaštitu dugih i uskih konstrukcija, kao iu nekim drugim slučajevima, koriste se jednokabelski gromobrani.

Zaštitna zona nastala interakcijom kabla i štapnih (jednostrukih ili dvostrukih) gromobrana određuje se na isti način kao i zaštitna zona višešipnog gromobrana. At vrh konusa zaštitne zone, m; U ovom slučaju, nosači mrežnog gromobrana jednaki su štapnim gromobranima visine A i poluprečnika osnove zaštitne zone

, u zavisnosti od vrste zaštitne zone.

Pitanja za samotestiranje

1. Dajte klasifikaciju električnih instalacija u pogledu mjera električne sigurnosti.

Navedite vrste uzemljenja koje se koriste.

Opišite raspored uzemljenja i dizajn provodnika za uzemljenje.

4. Navedite karakteristike uređaja za uzemljenje u instalacijama do i iznad 1 kV.

5. Šta je proračun jednostavnih uzemljivača?

6. Izračunajte specifični ekvivalentni električni otpor zemlje.

Opišite zaštitno djelovanje gromobrana i kategorizirajte zgrade i objekte koji su vam poznati.

Izračunajte zaštitnu zonu jednog gromobrana.

Izračunajte zaštitnu zonu dvostrukog gromobrana i oslikajte zonu zaštite za različite visine štićenog objekta.

POGLAVLJE TRINAESTO

RAČUNOVODSTVO I UŠTEDA ENERGIJEProsječno godišnje trajanje grmljavine. Specifična gustina udara groman M

Zadatak projektanta je da u projektu obezbijedi pouzdan i praktičan sistem gromobranske zaštite za objekat. Za određivanje dovoljne količine zaštitnih mjera koje pružaju efikasnu zaštitu od groma, potrebno je razumjeti predviđeni broj direktnih udara groma u štićenu konstrukciju. INPrije svega, učestalost direktnih udara groma ovisi o učestalosti grmljavine na lokaciji objekta.

Dakle, gotovo da nema grmljavine iznad arktičkog kruga, već unutra južnim regijama Severni Kavkaz, Krasnodar region, u suptropskoj zoni ili u nekim područjima Sibira i Daleki istok, grmljavine su česta pojava. Za procjenu aktivnosti grmljavine postoje regionalne karte intenziteta grmljavinske aktivnosti, koje ukazuju na prosječno trajanje grmljavine u satima godišnje. Naravno, ove karte su daleko od savršenih. Međutim, oni su pogodni za grube procjene. Na primjer, za centralni dio Rusije možemo govoriti o 30-60 sati oluje godišnje, što je ekvivalentno 2-4 udara groma godišnje na 1 km. 2 zemljine površine.

Specifična gustina pražnjenja groma

Prosječan godišnji broj udara groma na 1 km 2 površine zemlje ili specifična težina pražnjenja groma ( Prosječno godišnje trajanje grmljavine. Specifična gustina udara groma) se utvrđuje iz podataka meteorološka posmatranja na lokaciji objekta. Ako je nepoznat, onda se može izračunati pomoću sljedeće formule:

Prosječno godišnje trajanje grmljavine. Specifična gustina udara groma = 6,7*T d /100 (1/km 2 godine)

Procjena učestalosti udara groma kroz radijus kontrakcije

Odredivši specifičnu gustinu pražnjenja groma, projektant treba da proceni koliki će udio ovih udara groma pogoditi zaštićeni objekat.
Procjena se može izvršiti korištenjem radijusa kontrakcije (Rst). Iskustvo pokazuje da objekat visine h u prosjeku privlači sve munje sa udaljenosti do: Rst ≈ 3h.

Ovo je radijus kontrakcije. U planu morate nacrtati liniju koja je udaljena od vanjskog perimetra objekta na udaljenosti Rst. Linija će ograničiti područje kontrakcije (Sst). Može se izračunati bilo kojim dostupnim metodama (čak i korištenjem ćelija na milimetarskom papiru).

Ova procjena je također prikladna za objekte složenog oblika, čiji pojedinačni fragmenti imaju fundamentalno različite visine. Blizu svakog od fragmenata, na osnovu njihove specifične visine, konstruisana je kriva koja ograničava njegovu vlastitu oblast kontrakcije. Naravno, oni će se djelimično preklapati. Treba uzeti u obzir samo područje zatvoreno vanjskom omotačem, kao što je prikazano na sl. 1. Ovo područje će odrediti očekivani broj udara groma.
Fig.1

Broj direktnih udara groma u zaštićeni objekat određuje se jednostavno: vrijednost područja kontrakcije, izražena u kvadratnim kilometrima, množi se specifičnom gustinom pražnjenja groma:

N M = Prosječno godišnje trajanje grmljavine. Specifična gustina udara groma*Sv.

Praktični zaključci

Iz ove metodologije slijedi nekoliko očiglednih zaključaka.
Prvo, broj udara groma u jedan koncentrirani objekt kao što je toranj ili oslonac, čija je visina mnogo veća od ostalih ukupne dimenzije, bit će proporcionalan kvadratu njegove visine (Sst=π(3h) 2 ), a za proširene objekte (na primjer, dalekovod) – proporcionalno visini na prvi stepen. Ostali objekti zauzimaju srednju poziciju u konfiguraciji.

Drugo, sa akumulacijom velikog broja objekata na ograničenom području, kada se njihove kontrakcije djelomično preklapaju (urbani razvoj), broj udara groma u svaki od objekata bit će primjetno manji nego u isti objekat na otvorenom prostoru.
U uvjetima gustih zgrada, kada je slobodan prostor između objekata znatno manji od njihove visine, tada će svaki od objekata praktički skupljati munje samo s područja svog krova, a njegova visina će prestati igrati bilo kakvu primjetnu ulogu. Sve to uvjerljivo potvrđuje iskustvo u radu.

Nivo opasnosti od groma

Prilikom procjene stepena opasnosti od groma, postoji jedna nijansa koja je bolje objašnjena na primjeru. Pretpostavimo da procjenjujemo broj udaraca na antenski jarbol visok 30 m. Sa dobrom preciznošću možemo pretpostaviti da je njegovo područje kontrakcije krug poluprečnika Rst ≈ 3h = 90 m i da je Sst = 3,14*(90). 2 ≈25.000 m 2 = 0,025 km 2 .

Ako je na mjestu jarbola specifična gustina pražnjenja groma Prosječno godišnje trajanje grmljavine. Specifična gustina udara groma= 2, onda bi jarbol trebao u prosjeku godišnje da primi Nm = 0,025 x 2 = 0,05 udara groma. To znači da će se u prosjeku 1 udar groma dogoditi svakih 1/Nm = 20 godina rada. Naravno, nemoguće je znati kada će se to zaista dogoditi: s jednakom vjerovatnoćom to se može dogoditi bilo kada, i u prvoj i u dvadesetoj godini rada.

Ako procjenjujemo stepen opasnosti od groma za određeni antenski jarbol sa pozicije vlasnika mobilni telefoni, onda vjerovatno možete podnijeti prekid u komunikaciji, koji se može dogoditi jednom u 20 godina rada. Sama telefonska kompanija može imati potpuno drugačiji pristup. Ako ne radi sa jednim, već sa 100 antenskih sistema, onda je malo vjerovatno da će kompanija biti zadovoljna izgledima za godišnje popravke u prosjeku 100/20 = 5 antenskih jedinica.

Također treba reći da procjena učestalosti direktnih udara groma sama po sebi malo govori. Zapravo, nije važna učestalost udara groma, već procjena vjerovatnoće mogućih destruktivnih posljedica od njih, što nam omogućava da utvrdimo izvodljivost određenih mjera zaštite od groma. Pročitajte i članke na blogu o tome: