Laske salaman kesto, jos. Laskemme salaman iskujen tiheyden rakennukseen

Salamavirran parametrit

Salamaparametri

Suojaustaso

Huippuvirran arvo, kA

Täysi lataus, C

Lataus per pulssi, C

Ominaisenergia kJ/Ohm

Keskimääräinen kaltevuus kA/μs

3.1.3. Salama ja ilmakehän sähkö

Salama on yksi yleisimmistä automaatiojärjestelmien ei-toivottujen ylijännitteiden, katkosten ja vikojen syistä. Pilviin kertyneen varauksen potentiaali on noin useita miljoonia voltteja suhteessa maan pintaan ja on usein negatiivinen. Salamavirran suunta voi olla maasta pilveen, jossa negatiivinen varaus pilviä (90 % tapauksista) ja pilvestä maahan (10 % tapauksista). Salamapurkauksen kesto on keskimäärin 0,2 s, harvemmin 1...1,5 s, pulssin etureunan kesto on 3 - 20 μs, virta useita tuhansia ampeeria, 100 kA asti, kanavan lämpötila saavuttaa 20 000 ˚C, voimakas magneettikenttä ja radioaallot ilmaantuvat [Vijayaraghavan]. Salama voi muodostua myös pölymyrskyjen, lumimyrskyjen ja tulivuorenpurkausten aikana. Salamapurkauksen aikana ilmaantuu useita pulsseja (kuva 3.64). Etuosan jyrkkyys seuraavissa pulsseissa on paljon suurempi kuin ensimmäisessä (kuva 3.65).

Salamaniskujen taajuus rakennuksiin, joiden korkeus on 20 m ja mitat ovat 100 x 100 m, on 1 kerta 5 vuodessa, ja rakennuksissa, joiden mitat ovat noin 10 x 10 m - 1 osuma 50 vuodessa [RD]. Suorien salamaniskujen määrä 540 m korkeaan Ostankinon tv-torniin on 30 iskua vuodessa.

,

missä on suurin virta; - korjauskerroin; - aika; - etuaikavakio; - vaimenemisaikavakio.

Tähän kaavaan sisältyvät parametrit on annettu taulukossa. 3.23. Ne vastaavat voimakkaimpia salamapurkauksia, jotka ovat harvinaisia ​​(alle 5 % tapauksista [Vijayaraghavan]. 200 kA:n virtoja esiintyy 0,7...1 %:ssa tapauksista, 20 kA:n virtauksia 50 %:ssa [Kuznetsov]).

Ensimmäisen salamavirtapulssin ja sen derivaatan riippuvuudet ajasta, muodostettuna kaavan (3.2) mukaan, on esitetty kuvassa. 3.65. Huomaa, että kaavioiden aika-asteikot eroavat kertoimella 10 ja että asteikko on logaritminen. Ensimmäisen pulssin suurin nousunopeus (ensimmäinen derivaatta) on 25 kA/µs, seuraavien pulssien - 280 kA/µs.

Virran nousunopeutta käytetään automaatiokaapeleiden indusoidun pulssin suuruuden laskemiseen.

Rakennukset ja rakenteet tai niiden osat, riippuen niiden käyttötarkoituksesta, sijaintialueen salaman toiminnan voimakkuudesta ja odotetusta salamaniskujen määrästä vuodessa, on suojattava ukkossuojalaitteiden luokkien ja tyypin mukaan. suojavyöhykkeestä. Suojaus suoria salamaniskuja vastaan ​​tapahtuu salamansauvoilla erilaisia ​​tyyppejä: tanko, kaapeli, verkko, yhdistetty (esim. kaapelitanko). Useimmiten käytetään sauvavalot, kaapelivalot ovat pääasiassa pitkien ja kapeiden rakenteiden suojaamiseen. Suojattavaan rakenteeseen kiinnitetyn verkon muodossa olevan salamanvarren suojavaikutus on samanlainen kuin tavanomaisen salamanvarsi.

Salamanvarren suojaava vaikutus perustuu salaman kykyyn iskeä korkeimpiin ja hyvin maadoitettuihin metallirakenteisiin. Tämän ansiosta suojattuun rakennukseen, joka on ukkosenjohdajaa matalampi, salama ei käytännössä iske, jos kaikki sen osat ovat salamanvarsijan suojavyöhykkeessä. Ukkosenvarren suojavyöhykkeellä tarkoitetaan sitä osaa ukkosenjohtimen ympärillä olevasta tilasta, joka suojaa rakennuksia ja rakenteita suorilta salamaniskuilta tietyssä määrin

luotettavuus. Suojavyöhykkeen pinnalla on alhaisin ja jatkuva luotettavuusaste; Kun siirryt syvemmälle vyöhykkeelle, suojauksen luotettavuus kasvaa. Tyypin A suojavyöhykkeen luotettavuustaso on 99,5 % tai korkeampi ja tyypin B luotettavuustaso on 95 % tai korkeampi.

Yleinen kaavio ongelman ratkaisemiseksi: tuotettu kvantifiointi todennäköisyys, että salama iskee suojattuun kohteeseen, joka sijaitsee tasaisella alueella, jossa maaperän olosuhteet ovat melko tasaiset kohteen miehittämillä alueilla, eli määritetään suojattavan kohteen odotettu salamaniskujen lukumäärä vuodessa. Suojausvyöhykkeen tyyppi määritetään salamansuojauslaitteen luokan ja suojattavan kohteen odotettavissa olevan salamaniskujen vuosittaisen arvon mukaan. Lasketaan pareittain otettujen ukkosenjohtimien väliset etäisyydet ja lasketaan suojavyöhykkeiden parametrit tietyllä korkeudella maasta.

Suojavyöhykkeillä voi olla useita erilaisia ​​geometrisia muotoja riippuen salamansuojainten tyypistä, lukumäärästä ja suhteellisesta sijainnista. Ukkossuojauksen luotettavuuden eri korkeuksilla arvioi suunnittelija, joka tarvittaessa selvittää ukkossuojalaitteen parametrit ja päättää lisälaskelmien tarpeesta.

Teollisuus-, asuin- ja julkiset rakennukset ja rakenteet jaetaan niiden suunnitteluominaisuuksien, tarkoituksen ja merkityksen, räjähdyksen tai tulipalon todennäköisyyden, teknisten ominaisuuksien sekä salaman toiminnan voimakkuuden mukaan sijaintialueellaan kolme luokkaa ukkossuojauksen mukaan: I - teollisuusrakennukset ja rakenteet, joissa on räjähdysvaarallisia tiloja luokkiin B-1 ja B-2 PUE:n mukaan; se sisältää myös voimalaitosten ja sähköasemien rakennukset; II - muut rakennukset ja rakenteet, joissa on räjähdysvaarallisia tiloja, joita ei ole luokiteltu luokkaan I; III - kaikki muut rakennukset ja rakenteet, mukaan lukien palovaaralliset tilat.

Ukkosmyrskyjen aktiivisuuden arvioimiseksi maan eri alueilla käytetään vuoden keskimääräisen ukkosmyrskytuntien jakauman karttaa, johon piirretään samanpituisia ukkosmyrskyjä tai vastaavan paikallisen sääaseman tietoja.

Salaman iskemisen todennäköisyys kohteeseen riippuu ukkosmyrskyn voimakkuudesta sen sijaintialueella, kohteen korkeudesta ja pinta-alasta sekä joistakin muista tekijöistä, ja se määräytyy odotetulla salamaniskujen määrällä vuodessa . Rakennuksissa ja rakenteissa, joissa ei ole ukkossuojausta, vaurioiden määrä määräytyy kaavan mukaan

Missä S Ja L - vastaavasti suojellun rakennuksen (rakenteen), jonka taso on suorakaiteen muotoinen, leveys ja pituus, m; h - suurin

suojatun kohteen korkeus, m; P- salamaniskujen keskimääräinen vuosimäärä kilometriä kohden maanpinta kohteen sijainnissa, arvo P ukkosmyrskyjen intensiteetti on yhtä suuri, määritetään taulukoista. Rakennuksia varten monimutkainen kokoonpano kun lasketaan S Ja L otetaan huomioon pienimmän suorakulmion leveysaste ja pituus, johon rakennus voidaan piirtää suunnitelmassa.

Suojavyöhykkeen tyypin määrittävät ukkossuojauslaitteen luokka ja odotettavissa oleva salamaniskujen määrä vuodessa suojeltavaan kohteeseen: luokkaan I kuuluvat rakennukset ja rakenteet ovat pakollisen salamansuojauksen alaisia. Suojavyöhykkeen luotettavuuden on oltava 99,5 % tai korkeampi (tyypin A suojavyöhyke); Luokkaan II kuuluvien rakennusten ja rakenteiden suojavyöhykkeet lasketaan tyypin A mukaan, jos N> 1 ja muuten tyyppi B; luokkaan III kuuluvat vyöhykkeet lasketaan tyypin A mukaan, jos N > 2 ja muuten tyyppi B. Tämä koskee vain rakennuksia ja rakenteita, jotka on luokiteltu räjähdys- ja palovaarallisiksi. Kaikille muille tämän luokan kohteille arvosta riippumatta N suojavyöhyketyyppi on hyväksytty B.

Rakennusten ja rakenteiden ukkossuojauksen laskemiseen kuuluu salamansuojavyöhykkeen, joka on suorilta salamaniskuilta suojattu tila, rajat. Yhden salamanvarsikorkeuden suojavyöhyke h  150 m edustaa pyöreä kartio, jolle suojavyöhykkeen tyypistä riippuen on tunnusomaista seuraavat mitat:

h
hän

h
hän

(12.16)

Missä h 0 - suojavyöhykekartion huippu, m; r 0 - kartion pohjan säde maanpinnan tasolla, m; r x - suojavyöhykkeen vaakasuuntaisen osan säde korkeudella h x maanpinnasta, m; h x - suojatun rakenteen korkeus, m.

Yksittäisen ukkosenvarren suojavyöhyke tasossa on kuvattu graafisesti vastaavan säteen omaavalla ympyrällä. Ympyrän keskipiste on kohdassa, johon salamanvarsi on asennettu.

Kaksinkertaisen ukkosenjohtimen suojavyöhyke korkeintaan 150 m korkeudella ukkosenjohtimien välisellä etäisyydellä L, esitetty kuvassa. 12.1. Kuvasta näkyy, että suojavyöhyke kahden salamanvarsijan välillä on merkittävästi isot koot, kuin kahden yksittäisen salamanvarsijan suojavyöhykkeiden summa. Osa suojavyöhykettä

tangon välissä ukkosenjohtimien akselien läpi kulkevassa osassa on liitos (kuva 12.1), ja sen muita osia kutsutaan päätyosiksi.

Suojavyöhykkeen päätyosien ääriviivat määritetään niiden laskentakaavojen mukaan, joita on käytetty yksittäisten ukkosenjohtimien suojavyöhykkeen eli mittojen rakentamiseen. h 0 , r 0 , r x 1, r x2, määritetään suojavyöhykkeen tyypistä riippuen kaavojen (12.15) tai (12.16) avulla. Suunniteltuna päätyosat ovat puoliympyröitä, joiden säde on r 0 tai r x, joita rajoittavat tasot, jotka kulkevat ukkosenjohtimien akselien kautta kohtisuorassa niiden kantaa yhdistävään linjaan nähden.

Suojavyöhykkeen liitososa on ylhäältä rajoitettu katkoviivalla, joka voidaan rakentaa kolmen pisteen avulla: kaksi niistä makaa ukkosenjohteilla korkealla h 0, ja kolmas sijaitsee keskellä niiden välissä korkeudella h c. Suojavyöhykkeen poikkileikkausääriviivat A-A(Kuva 12.1) määritetään yksisauvaisille salamanvarsijoille hyväksyttyjen sääntöjen ja kaavojen mukaan.

Kaksinkertaisen salamanvarren suojavyöhykkeillä on seuraavat mitat:

(12.17)

Vyöhyke A on olemassa, kun L  3 h , muussa tapauksessa salamanvarsijoita pidetään yksittäisinä;

(12.18)

Vyöhyke B on olemassa, kun L  5h, muuten salamanvarsia pidetään yksittäisinä. Kaavoissa (12.17), (12.18) L - ukkosenvarsien välinen etäisyys, m; h c - suojavyöhykkeen korkeus keskellä ukkosenjohtimien välissä, m; r Kanssa - sauman suojavyöhykkeen poikkileikkausleveys A-A(kuva 12.1) maanpinnan tasolla, m; d - liitoksen suojavyöhykkeen vaakasuuntaisen osan leveys poikkileikkauksessa A-A korkealla h x maanpinnasta, m.

Pääedellytys kaksinkertaisen ukkosenvarren yhteissuojavyöhykkeen olemassaololle on epätasa-arvon täyttyminen r cx > 0. Tässä tapauksessa suunnitelman yhteissuojavyöhykkeen konfiguraatio koostuu kahdesta tasakylkiset puolisuunnikkaat joilla on yhteinen kanta, jonka pituus on 2 r cx, joka sijaitsee keskellä ukkosenjohtimien välissä. Puolisuunnikkaan toisen kannan pituus on 2 r X. Ukkosenjohdinten asennuspisteitä yhdistävä viiva on kohtisuoraan pohjaan nähden puolisuunnikkaan muotoinen ja jakaa ne kahtia. Jos r cx = 0, liitoksen suojavyöhyke tasossa edustaa kahta tasakylkistä kolmiota, joiden kantat ovat yhdensuuntaiset toistensa kanssa ja kärjet sijaitsevat yhdessä pisteessä, joka sijaitsee keskellä ukkosenjohtimien välissä. Jos suojavyöhykkeen rakentamista ei toteuteta.

Melko suurella alueella sijaitsevat esineet on suojattu useilla salamanvarsijoilla (useita salamanvarsia). Useiden ukkosenjohtimien suojavyöhykkeen ulkorajojen määrittämiseen käytetään samoja tekniikoita kuin yksittäisten tai kahden ukkosenjohtimen tapauksessa. Tässä tapauksessa vyöhykkeen ulkoisten ääriviivojen laskemiseksi ja rakentamiseksi ukkosenjohtimet otetaan pareittain tietyssä järjestyksessä. Pääehto yhden tai ryhmän korkeudelle suojaamiseksi h x suojavyöhykkeitä vastaavalla luotettavuudella A Ja B, on epätasa-arvon täyttymys r cx > 0 kaikille pareittain otetuille salamanvarsijoille.

Pitkien ja kapeiden rakenteiden suojaamiseksi sekä joissakin muissa tapauksissa käytetään yksittäisiä ukkosenjohtimia.

Kaapelin ja tangon (yksi- tai kaksinkertainen) ukkosen vuorovaikutuksesta muodostuva suojavyöhyke määritetään samalla tavalla kuin monisauman ukkosenjohtimen suojavyöhyke. klo

Tässä tapauksessa ajojohdin ukkosvarren tuet ovat yhtä suuria kuin korkeus A ja suojavyöhykkeen pohjan säde. r, riippuen suojavyöhykkeen tyypistä.

Itsetestauskysymykset

1. Anna sähköasennusten luokitus sähköturvallisuustoimenpiteiden osalta.

Luettele käytetyt maadoitustyypit.

Kuvaa maadoitusjärjestely ja maadoitusjohtimien rakenne.

4. Luettelo maadoituslaitteiden ominaisuudet asennuksissa 1 kV:iin ja yli.

5. Mikä on yksinkertaisten maadoitusjohtimien laskenta?

6. Laske maan erityinen ekvivalenttinen sähkövastus.

Kuvaile ukkosenjohtimen suojaavaa vaikutusta ja luokittele tunnetut rakennukset ja rakenteet.

Laske yksittäisen salamanvarren suojavyöhyke.

Laske kaksinkertaisen salamanvarren suojavyöhyke ja kuvaa suojavyöhyke suojatun rakennuksen eri korkeuksille.

LUKU kolmetoista

TILINPÄÄTÖS JA ENERGIANSÄÄSTÖ

Ukkosmyrskyjen keskimääräinen vuotuinen kesto Salamaniskujen ominaistiheysn M.. Supistumissäde Rst.. Suorien salamaniskujen määrä esineeseen.. Salaman vaaran aste.

Suunnittelijan tehtävänä on tarjota hankkeessa luotettava ja tarkoituksenmukainen ukkossuojajärjestelmä laitokseen. Jotta voidaan määrittää riittävä määrä suojatoimenpiteitä, jotka tarjoavat tehokkaan suojan salamaa vastaan, on välttämätöntä ymmärtää suojattuun rakenteeseen kohdistuvien suorien salamaniskujen ennustettu määrä. SISÄÄNEnsinnäkin suorien salamaniskujen taajuus riippuu ukkosmyrskyjen taajuudesta kohteen sijainnissa.

Näin ollen napapiirin yläpuolella ei juuri ole ukkosmyrskyjä, vaan sisäpuolella eteläiset alueet Pohjois-Kaukasia, Krasnodarin alue, subtrooppisella vyöhykkeellä tai joillakin alueilla Siperiassa ja Kaukoitä, ukkosmyrskyt ovat yleisiä. Ukkosmyrskyjen aktiivisuuden arvioimiseksi on olemassa alueellisia ukkosmyrskyjen aktiivisuuden voimakkuutta kuvaavia karttoja, jotka osoittavat ukkosmyrskyjen keskimääräisen keston tunteina vuodessa. Tietenkin nämä kartat ovat kaukana täydellisistä. Ne sopivat kuitenkin karkeisiin arvioihin. Esimerkiksi Venäjän keskiosan osalta voidaan puhua 30–60 ukkosmyrskytunnista vuodessa, mikä vastaa 2–4 ​​salamaniskua vuodessa kilometriä kohden. 2 maanpinta.

Salamapurkausten ominaistiheys

Salamaniskujen keskimääräinen vuosimäärä kilometriä kohden 2 maan pinnalle tai tietty painovoima salamapurkaus ( n M) määritetään tiedoista meteorologiset havainnot kohteen sijainnissa. Jos se on tuntematon, se voidaan laskea seuraavalla kaavalla:

n M = 6,7*T d /100 (1/km 2 vuosi)

Salamaniskujen taajuuden arvioiminen supistussäteen läpi

Kun salamapurkausten tiheys on määritetty, suunnittelijan on arvioitava, kuinka suuri osa näistä salamaniskuista osuu suojattuun kohteeseen.
Arvio voidaan tehdä supistumissäteen (Rst) avulla. Kokemus osoittaa, että kohde, jonka korkeus on h, vetää keskimäärin kaiken salaman etäisyydeltä aina: Ensimmäinen ≈ 3h.

Tämä on supistumissäde. Suunnitelmassa sinun on piirrettävä viiva, joka on erillään kohteen ulkokehästä etäisyydellä Rst. Linja rajoittaa supistumisaluetta (Sst). Se voidaan laskea millä tahansa käytettävissä olevilla menetelmillä (jopa käyttämällä kaaviopaperin soluja).

Tämä arviointi soveltuu myös monimutkaisen muotoisille esineille, joiden yksittäiset palaset ovat pohjimmiltaan erilaisia. Jokaisen fragmentin lähelle rakennetaan niiden ominaiskorkeuden perusteella käyrä, joka rajoittaa sen omaa supistumisaluetta. Luonnollisesti ne menevät osittain päällekkäin. Vain ulomman kuoren ympäröimä alue tulee ottaa huomioon, kuten kuvassa 1 on esitetty. 1. Tämä alue määrittää salamaniskujen odotetun määrän.
Kuva 1

Suojeltuun kohteeseen tehtävien suorien salamaniskujen määrä määritetään yksinkertaisesti: supistumisalueen arvo neliökilometreinä ilmaistuna kerrotaan salamanpurkausten ominaistiheydellä:

N M = n M*Sst.

Käytännön johtopäätökset

Tästä tekniikasta seuraa useita ilmeisiä johtopäätöksiä.
Ensinnäkin salaman iskujen määrä yhteen keskittyneeseen kohteeseen, kuten torniin tai tukeen, jonka korkeus on paljon suurempi kuin muiden kokonaismitat, on verrannollinen sen korkeuden neliöön (Sst=π(3h) 2 ) ja laajennetuille kohteille (esimerkiksi sähkölinjalle) – verrannollinen korkeuteen ensimmäiseen potenssiin. Muut objektit ovat konfiguraatiossa väliasemassa.

Toiseksi, kun useita esineitä kertyy rajoitetulle alueelle, kun niiden supistumisalueet ovat osittain päällekkäin toistensa kanssa (kaupunkikehitys), salamaniskujen määrä kuhunkin kohteeseen on huomattavasti pienempi kuin samaan esineeseen avoimella alueella.
Tiheiden rakennusten olosuhteissa, kun esineiden välinen vapaa tila on huomattavasti pienempi kuin niiden korkeus, jokainen esine käytännössä kerää salaman vain katon alueelta, ja sen korkeus lakkaa olemasta havaittavissa. Kaiken tämän vakuuttavasti vahvistaa käyttökokemus.

Salaman vaaran taso

Arvioitaessa salaman vaaran astetta on yksi vivahde, joka voidaan selittää paremmin esimerkillä. Oletetaan, että arvioimme iskujen lukumäärän 30 m korkeaan antennimastoon. Hyvällä tarkkuudella voidaan olettaa, että sen supistumisalue on ympyrä, jonka säde on Rst ≈ 3h = 90 m ja Sst = 3,14*(90) 2 ≈25 000 m 2 = 0,025 km 2 .

Jos maston sijainnissa salamapurkausten ominaistiheys n M= 2, niin maston tulisi vuosittain kestää keskimäärin Nm = 0,025 x 2 = 0,05 salamaniskua. Tämä tarkoittaa, että keskimäärin 1 salama iskee joka 1/Nm = 20 käyttövuotta. Luonnollisesti on mahdotonta tietää, milloin tämä todella tapahtuu: yhtä suurella todennäköisyydellä se voi tapahtua milloin tahansa, sekä ensimmäisenä että 20. toimintavuonna.

Jos arvioimme tietyn antennimaston salaman vaaran astetta omistajien paikasta matkapuhelimet, niin voit luultavasti sietää katkosta kommunikaatiossa, mikä voi tapahtua kerran 20 toimintavuodessa. Puhelinyhtiöllä itsellään voi olla täysin erilainen lähestymistapa. Jos se ei käytä yhtä, vaan 100 antennijärjestelmää, yritys ei todennäköisesti ole tyytyväinen vuosittaisten korjausten mahdollisuuteen keskimäärin 100/20 = 5 antenniyksikköä.

On myös sanottava, että suorien salamaniskujen tiheyden arvioiminen ei sinänsä kerro juuri mitään. Itse asiassa salamaniskujen tiheys ei ole tärkeää, vaan niiden mahdollisten tuhoavien seurausten todennäköisyyden arviointi, jonka avulla voimme määrittää tiettyjen salamansuojaustoimenpiteiden toteutettavuuden. Lue myös blogiartikkelit aiheesta: