Количество грозовых часов в году по регионам. Громоотводы для деревьев. Проблемы нормативной базы

Среднегодовая продолжительность гроз.. Удельная плотность ударов молнии n M .. Радиус стягивания Rст.. Число прямых ударов молнии в объект.. Степень опасности молнии.

Задача проектировщика – предусмотреть в проекте надежную и целесообразную систему молниезащиты объекта. Чтобы определить достаточный объем защитных мероприятий, обеспечивающих эффективную защиту от молний, необходимо представлять себе прогнозируемое число прямых ударов молнии в защищаемое сооружение. В первую очередь частота прямых ударов молнии зависит от частоты гроз в месте расположения объекта.

Так, за полярным кругом гроз почти не бывает, а в южных районах Северного Кавказа, Краснодарского края, в полосе субтропиков или в некоторых районах Сибири и Дальнего Востока, грозы – явление частое. Для оценки грозовой активности существуют региональные карты интенсивности грозовой деятельности, на которых указана средняя продолжительность гроз в часах за год. Конечно, карты эти далеки от совершенства. Тем не менее, для ориентировочных оценок они годятся. Например, для средней части России речь может идти о 30–60 грозовых часов в год, что эквивалентно 2–4 ударам молнии в год на 1 км 2 земной поверхности.

Удельная плотность грозовых разрядов

Среднегодовое число ударов молнии на 1 км 2 поверхности земли или удельная плотность грозовых разрядов (n M ) определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта. Если же она неизвестна, то ее можно рассчитать по следующей формуле:

n M = 6,7*Td /100 (1/км 2 год)

Оценка частоты ударов молнии через радиус стягивания

Определив удельную плотность грозовых разрядов, проектировщику нужно оценить, какая доля этих молний попадет в защищаемый объект.
Оценку можно произвести при помощи радиуса стягивания (Rст). Опыт показывает, что объект высотой h в среднем притягивает к себе все молнии с расстояния вплоть до: Rст ≈ 3h .

Это и есть радиус стягивания. В плане надо провести линию, которая отстоит от внешнего периметра объекта на расстояние Rст. Линия ограничит площадь стягивания (Sст). Ее можно вычислить любыми доступными методами (хоть по клеточкам на миллиметровке).

Такая оценка пригодна и для объектов сложной формы, отдельные фрагменты которых имеют принципиально различную высоту. Около каждого из фрагментов, исходя из их конкретной высоты, строится кривая, ограничивающая собственную площадь стягивания. Естественно, что частично они наложатся друг на друга. Во внимание должна быть принята только площадь, ограниченная внешней огибающей, как это показано на рис. 1. Эта площадь и определит ожидаемое число ударов молнии.
Рис.1

Число прямых ударов молнии в защищаемый объект определяется просто: выраженное в квадратных километрах значение площади стягивания умножается на удельную плотность грозовых разрядов:

N M = n M *Sст .

Практические выводы

Из этой методики следуют несколько очевидных выводов.
Во-первых, число ударов молнии в одиночный сосредоточенный объект типа башни или опоры, у которого высота много больше других габаритных размеров, окажется пропорциональным квадрату его высоты (Sст=π(3h) 2 ), а у протяженных объектов (например, у линии электропередачи) – пропорциональным высоте в первой степени. Другие по конфигурации объекты занимают промежуточное положение.

Во-вторых, при скоплении многих объектов на ограниченной территории, когда их площади стягивания частично накладываются друг на друга (городская застройка), число ударов молнии в каждый из объектов будет заметно меньше, чем в тот же объект на открытой местности.
В условиях же плотной застройки, когда свободное пространство между объектами значительно меньше их высоты, то каждый из объектов практически будет собирать молнии только с площади своей крыши, а его высота перестанет играть хоть сколько-нибудь заметную роль. Всё это убедительно подтверждается опытом эксплуатации.

Степень опасности молнии

При оценке степени опасности молнии есть один нюанс, который лучше пояснить на примере. Предположим, оценивается число ударов в антенную мачту высотой 30 м. С хорошей точностью можно считать, что ее площадь стягивания представляет собой круг радиусом Rст ≈ 3h = 90 м и равна Sст = 3,14*(90) 2 ≈25 000 м 2 = 0,025 км 2 .

Если в месте размещения мачты удельная плотность разрядов молнии n M = 2, то мачта ежегодно в среднем должна принимать на себя Nм = 0,025 х 2 = 0,05 удара молнии. Это означает, что в среднем 1 удар молнии будет происходить через каждые 1/Nм = 20 лет эксплуатации. Естественно, нельзя знать, когда это случится на самом деле: с равной вероятностью это может произойти в любое время, как в первый год, так и на двадцатый год эксплуатации.

Если оценивать степень опасности молнии для конкретной антенной мачты с позиций владельцев мобильных телефонов, то можно, наверное, мириться с перерывом в связи, который может произойти один раз за 20 лет эксплуатации. У самой же телефонной компании подход может быть принципиально иным. Если она эксплуатирует не одну, а 100 антенных систем, то вряд ли компанию устроит перспектива ежегодного ремонта в среднем 100/20 = 5 антенных блоков.

Нужно также сказать о том, что оценка частоты прямых ударов молнии сама по себе мало о чем говорит. На самом деле важна не частота ударов молний, а оценка вероятности возможных разрушительных последствий от них, позволяющая определить целесообразность тех или иных мер защиты от молнии. Об этом читайте также статьи блога:

Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ (Начало)
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ (Окончание)

ИЗОЛЯЦИЯ

ИЗОЛЯЦИЯ

2.5.57. На ВЛ 110 кВ и выше должны применяться только подвесные изоляторы; на ВЛ 35 кВ и ниже могут применяться подвесные и штыревые (в том числе опорно-стержневые) изоляторы.

2.5.58. Количество подвесных и тип штыревых изоляторов для ВЛ напряжением 6 кВ и выше выбираются из условия обеспечения надежной работы их в соответствии с "Инструкцией по проектированию изоляции в районах с чистой и загрязненной атмосферой".

Таблица 2.5.15. Минимальное мокроразрядное напряжение штыревых изоляторов

Таблица 2.5.16. Расчетное коммутационное перенапряжение, принимаемое при выборе изоляции ВЛ

2.5.59. При применении подвесных изоляторов с отношением длины пути утечки к строительной высоте более 2,3 гирлянда, выбранная по рабочему напряжению, проверяется по условию воздействия коммутационных перенапряжений, расчетные значения которых приведены в табл. 2.5.17.

2.5.60. На переходных опорах высотой более 40 м количество подвесных изоляторов в гирлянде следует увеличивать по сравнению с принятыми на остальных опорах этой ВЛ на один изолятор на каждые 10 м высоты опоры сверх 40 м.

2.5.61. Коэффициенты запаса прочности изоляторов, т. е. отношение механической нагрузки, разрушающей штыревые и опорно-стержневые изоляторы, или электромеханической разрушающей нагрузки подвесных изоляторов к наибольшей нормативной нагрузке, действующей на изоляторы, должны составлять: при работе ВЛ в нормальном режиме - не менее 2,7; при среднегодовой температуре, отсутствии гололеда и ветра - не менее 5,0; в аварийном режиме для подвесных изоляторов ВЛ 500 кВ - не менее 2,0, а напряжением 330 кВ и ниже - не менее 1,8.

Нагрузки, действующие на изоляторы в аварийном режиме, определяются в соответствии с 2.5.89-2.5.91 и 2.5.93.

Таблица 2.5.17. Количество изоляторов в поддерживающих гирляндах ВЛ 110-500 кВ с металлическими и железобетонными опорами

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, ЗАЗЕМЛЕНИЕ

2.5.62. ВЛ 110-500 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов молнии тросами по всей длине линии.

Сооружение ВЛ 110-500 кВ без тросов допускается:

1) в районах с числом грозовых часов в году менее 20;

2) на отдельных участках ВЛ в районах с плохо проводящими грунтами ( Ом·м);

3) на участках трассы с расчетной толщиной стенки гололеда более 20 мм.

Усиления изоляции для случаев, приведенных в п. 1-3, не требуется.

При отсутствии данных о среднегодовой продолжительности гроз можно пользоваться картой районирования территории СССР по числу грозовых часов в году (рис. 2.5.13-2.5.15).

Рис. 2.5.13. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 1

Рис. 2.5.13. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 1

Рис. 2.5.14. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 2

Рис. 2.5.14. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 2

Рис. 2.5.15. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 3

Рис. 2.5.15. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 3

Рис. 2.5.16. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 4

Рис. 2.5.16. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 4

Защита подходов ВЛ к подстанциям должна выполняться в соответствии с требованиями гл. 4.2.

2.5.63. Для ВЛ до 35 кВ применения грозозащитных тросов не требуется. ВЛ 110 кВ на деревянных опорах, как правило, не должны защищаться тросами.

2.5.64. Единичные металлические и железобетонные опоры и другие места с ослабленной изоляцией на ВЛ 35 кВ с деревянными опорами должны защищаться трубчатыми разрядниками или, при наличии АПВ, защитными промежутками, а на ВЛ 110-220 кВ - трубчатыми разрядниками. При отсутствии трубчатых разрядников 110-220 кВ необходимых параметров допускается устанавливать вместо них защитные промежутки.

2.5.65. При выполнении защиты ВЛ от грозовых перенапряжений тросами необходимо руководствоваться следующим:

1. Одностоечные металлические и железобетонные опоры с одним тросом должны иметь угол защиты не более 30°, а с двумя тросами для целей грозозащиты - не более 20°.

2. На металлических опорах с горизонтальным расположением проводов и с двумя тросами угол защиты по отношению к внешним проводам должен быть не более 20°; в III, IV и особом районах по гололеду, а также в районах с частой пляской проводов допускается угол защиты до 30°.

3. На железобетонных и деревянных опорах портального типа угол защиты по отношению к крайним проводам допускается не более 30°.

4. При защите ВЛ двумя тросами расстояние между ними должно быть не более пятикратного расстояния по вертикали от тросов до проводов.

2.5.66. Расстояния по вертикали между тросом и проводом ВЛ в середине пролета, без учета отклонения их ветром, по условиям защиты от грозовых перенапряжений должны быть не менее приведенных в табл. 2.5.18 и не менее расстояния по вертикали между тросом и проводом на опоре.

При промежуточных значениях длин пролетов расстояния определяются интерполяцией.

2.5.67. Крепление тросов на всех опорах ВЛ 220-500 кВ должно быть выполнено при помощи изолятора, шунтированного искровым промежутком размером 40 мм.

На каждом анкерном участке длиной до 10 км тросы должны быть заземлены в одной точке путем устройства специальных перемычек на анкерной опоре. При большой длине анкерных пролетов количество точек заземления в пролете выбирается таким, чтобы при наибольшем значении продольной электродвижущей силы, наводимой в тросе при КЗ на ВЛ, не происходил пробой искровых промежутков на ВЛ.

В случае подвески тросов на нескольких изоляторах, например для плавки гололеда на тросах или для связи, размер искрового промежутка должен быть скоординирован с электрической прочностью гирлянды, на которой подвешен трос.

На подходах ВЛ 220-330 кВ к подстанциям на длине 2-3 км и на подходе ВЛ 500 кВ на длине не менее 5 км, если тросы не используются для емкостного отбора, плавки гололеда или связи, их следует заземлять на каждой опоре.

На ВЛ 150 кВ и ниже, если не предусмотрена плавка гололеда на тросе, изолированное крепление троса следует выполнять только на металлических и железобетонных анкерных опорах. Если такая плавка предусмотрена, то изолированное крепление троса должно быть выполнено по всей длине ВЛ.

Таблица 2.5.18. Наименьшее расстояние между тросом и проводом в середине пролета

2.5.68. На ВЛ с деревянными опорами портального типа расстояние между фазами по дереву должно быть не менее 5 м для ВЛ напряжением 220 кВ, 4,5 м для ВЛ 150 кВ, 4 м для ВЛ 110 кВ, 3 м для ВЛ 35 кВ.

В отдельных случаях для ВЛ 110-220 кВ при наличии обоснований (небольшие токи КЗ, районы со слабой грозовой деятельностью, реконструкция и т.п.), допускается уменьшение указанных расстояний до значения, рекомендованного для ВЛ напряжением на одну ступень ниже.

На одностоечных деревянных опорах допускаются следующие расстояния между фазами по дереву: 2,5 м для ВЛ 35 кВ, 0,75 м для ВЛ 3-20 кВ при условии соблюдения расстояний в пролете согласно 2.5.53.
Применение металлических траверс на деревянных опорах не рекомендуется.

Таблица 2.5.19. Наименьшее допустимое изоляционное расстояние
по воздуху от токоведущих до заземленных частей ВЛ

2.5.69. Кабельные вставки в ВЛ при их длине менее 1,5 км должны быть защищены по обоим концам кабеля от грозовых перенапряжений трубчатыми или вентильными разрядниками. Заземляющий зажим разрядника, металлические оболочки кабеля, а также корпус кабельной муфты должны быть соединены между собой по кратчайшему пути. Заземляющий зажим разрядника должен быть соединен с заземлителем отдельным спуском.

2.5.70. На переходах ВЛ через реки, ущелья и т. п. при высоте опор более 40 м и отсутствии на опорах троса должны устанавливаться трубчатые разрядники.

2.5.71. Для ВЛ, проходящих на высоте до 1000 м над уровнем моря, изоляционные расстояния по воздуху от проводов и арматуры, находящейся под напряжением, до заземленных частей опор должны быть не менее приведенных в табл. 2.5.19.

Изоляционные расстояния по воздуху между токоведущими частями и деревянной опорой, не имеющей заземляющих спусков, допускается уменьшать на 10%, за исключением расстояний, выбираемых по условию безопасного подъема на опору.

При прохождении ВЛ в горных районах наименьшие изоляционные расстояния по рабочему напряжению и по внутренним перенапряжениям должны быть увеличены по сравнению с приведенными в табл. 2.5.19 на 1% на каждые 100 м и выше 1000 м над уровнем моря.

2.5.72. Наименьшие расстояния на опоре между проводами ВЛ в местах их пересечения между собой при транспозиции, ответвлениях, переходе с одного расположения проводов на другое должны быть не менее приведенных в табл. 2.5.20.

2.5.73. Дополнительные требования к защите от грозовых перенапряжений ВЛ при пересечении их между собой и при пересечении ими различных сооружений приведены в 2.5.122, 2.5.129, 2.5.140 и 2.5.152.

Таблица 2.5.20. Наименьшее расстояние между
фазами ВЛ на опоре

2.5.74. На ВЛ должны быть заземлены:

1) опоры, имеющие грозозащитный трос или другие устройства грозоза щиты;

2) железобетонные и металлические опоры ВЛ 3-35 кВ;

3) опоры, на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители или другие аппараты;

4) металлические и железобетонные опоры ВЛ 110-500 кВ без тросов и других устройств грозозащиты, если это необходимо по условиям обеспечения надежной работы релейной защиты и автоматики.

2.5.75. Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 1, должны быть не более приведенных в табл. 2.5.21.

Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 2, должны быть: для ВЛ 3-20 кВ в населенной местности, а также для всех ВЛ 35 кВ - не более приведенных в табл. 2.5.21, для ВЛ 3-20 кВ в ненаселенной местности в грунтах с удельным сопротивлением до 100 Ом·м - не более 30 Ом, а в грунтах с выше 100 Ом·м - не более 0,3 Ом.

Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 3, для ВЛ 110 кВ и выше должны быть не более приведенных в табл. 2.5.22, а для ВЛ 3-35 кВ должны выбираться в соответствии с требованиями 1.7.57 и 1.7.58.

Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 4, определяются при проектировании ВЛ.

Для ВЛ, защищенных тросами, сопротивления заземляющих устройств, выполняемых по условиям грозозащиты, должны обеспечиваться при отсоединенном тросе, а по остальным условиям - при неотсоединенном тросе.

Для опор высотой более 40 м на участках ВЛ, защищенных тросами, сопротивления заземляющих устройств, должны быть в 2 раза меньше по сравнению с приведенными в табл. 2.5.21.

Сопротивления заземляющих устройств опор ВЛ должны обеспечиваться и измеряться при токах промышленной частоты в период их наибольших значений в летнее время. Допускается производить измерение в другие периоды с корректировкой результатов путем введения сезонного коэффициента, однако не следует производить измерение в период, когда на значение сопротивления заземляющих устройств оказывает существенное влияние промерзание грунта.

Таблица 2.5.21. Наибольшее сопротивление заземляющих устройств
опор ВЛ

2.5.76. При прохождении ВЛ 110 кВ и выше в местностях с глинистыми, суглинистыми, супесчаными и тому подобными грунтами с удельным сопротивлением 500 Ом·м следует использовать арматуру железобетонных фундаментов, опор и пасынков в качестве естественных заземлителей без дополнительной укладки или в сочетании с укладкой искусственных заземлителей. В грунтах с более высоким удельным сопротивлением естественная проводимость железобетонных фундаментов не должна учитываться, а требуемое значение сопротивления заземляющего устройства должно обеспечиваться только применением искусственных заземлителей.

Значения сопротивления заземляющих устройств опор ВЛ 3-35 кВ должны обеспечиваться применением искусственных заземлителей, а естественная проводимость фундаментов, подземных частей опор и пасынков (приставок) при расчетах не должна учитываться.

2.5.77. Железобетонные фундаменты опор ВЛ могут быть использованы в качестве естественных заземлителей (исключение см. в 2.5.76 и 2.5.142) при осуществлении металлической связи между анкерными болтами и арматурой фундамента.

Наличие битумной обмазки на железобетонных опорах и фундаментах, используемых в качестве естественных заземлителей, не должно учитываться.

Измерение проводимости железобетонных фундаментов, подземных частей опор и пасынков должно производиться не ранее чем через 2 месяца после их установки.

2.5.78. Для заземления железобетонных опор в качестве заземляющих проводников следует использовать все те элементы напряженной и ненапряженной продольной арматуры стоек, которые металлически соединены между собой и могут быть присоединены к заземлителю.

Стержни арматуры, используемые для заземления, должны быть проверены на термическую стойкость при прохождении токов КЗ. За время КЗ стержни должны нагреваться не более чем на 60°С.

Оттяжки железобетонных опор должны использоваться в качестве заземляющих проводников дополнительно к арматуре. При этом свободный конец тросов оттяжек должен присоединяться к рабочей части оттяжек при помощи специального зажима.

Тросы и детали крепления изоляторов к траверсе железобетонных опор должны быть металлически соединены с заземляющим спуском или заземленной арматурой.

2.5.79. Сечение каждого из заземляющих спусков на опоре ВЛ должно быть не менее 35 мм, а для однопроволочных спусков диаметр должен быть не менее 10 мм. Допускается применение стальных оцинкованных однопроволочных спусков диаметром не менее 6 мм.

2.5.80. Заземлители ВЛ, как правило, должны находиться на глубине не менее 0,5 м, а в пахотной земле - 1 м. В случае установки опор в скальных грунтах допускается прокладка лучевых заземлителей непосредственно под разборным слоем над скальными породами при толщине слоя не менее 0,1 м. При меньшей толщине этого слоя или его отсутствии рекомендуется прокладка заземлителей по поверхности скалы с заливкой их цементным раствором.

АРМАТУРА

2.5.81. Крепление проводов к подвесным изоляторам и крепление тросов следует производить при помощи поддерживающих или натяжных зажимов. Из натяжных зажимов предпочтение следует отдавать зажимам, не требующим разрезания провода. Крепление проводов к штыревым изоляторам следует производить проволочными вязками или специальными зажимами.

2.5.82. Поддерживающие зажимы для подвески проводов могут быть глухими или с заделкой ограниченной прочности. По условию надежности рекомендуется применение глухих зажимов. Подвеску грозозащитных тросов на опорах следует осуществлять только в глухих зажимах.

На больших переходах могут применяться многороликовые подвесы и специальные зажимы.

2.5.83. Соединения проводов и тросов следует производить при помощи соединительных зажимов, сварки, а также при помощи зажимов и сварки в совокупности. В одном пролете ВЛ допускается не более одного соединения на каждый провод или трос.

В пролетах, пересекающих инженерные сооружения, перечисленные в 2.5.118-2.5.160 и 2.6.163-2.5.167, одно соединение на провод (трос) допускается: при сталеалюминиевых проводах с отношением А: С4,29 - сечением 240 мм и более, с отношением А: С1,46 - любого сечения, при стальных тросах - сечением 120 мм и более, а также при расщеплении фазы на три сталеалюминиевых провода с отношением А: С4,29 - сечением 150 мм и более.

Минимальное расстояние от соединительного зажима до зажима с ограниченной прочностью заделки должно быть не менее 25 м.

2.5.84. Прочность заделки проводов и тросов в соединительных и натяжных зажимах должна составлять не менее 90% предела прочности провода или троса.

2.5.85. Коэффициенты запаса прочности линейной арматуры, т. е. отношение минимальной разрушающей нагрузки к нормативной нагрузке, воспринимаемой арматурой, должны быть не менее 2,5 при работе ВЛ в нормальном режиме и не менее 1,7 в аварийном режиме.

На линиях с механическим напряжением в проводах, превышающим 42% предела прочности при наибольшей нагрузке, до освоения арматуры новых типов допускается уменьшение коэффициентов запаса прочности линейной арматуры в нормальном режиме до 2,3.

Коэффициенты запаса прочности крюков и штырей должны быть не менее 2,0 в нормальном режиме и не менее 1,3 в аварийном режиме.

Нагрузки, действующие на арматуру, крюки и штыри в аварийном режиме, определяются в соответствии с 2.5.89-2.5.91 и 2.5.93.

ОПОРЫ

2.5.86. Опоры ВЛ выше 1 кВ разделяются на два основных вида: анкерные опоры, полностью воспринимающие тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролетах, и промежуточные, которые не воспринимают тяжение проводов или воспринимают его частично. На базе анкерных опор могут выполняться концевые и транспозиционные опоры. Промежуточные и анкерные опоры могут быть прямыми и угловыми.

В зависимости от количества подвешиваемых на них цепей опоры разделяются на одноцепные, двухцепные и т. д.

Промежуточные опоры могут быть гибкой и жесткой конструкции, опоры анкерного типа должны быть жесткими. Опоры анкерного типа могут быть нормальной и облегченной конструкции.

Опоры могут выполняться свободностоящими или с оттяжками.

Проектирование опор, фундаментов и оснований должно производиться с учетом указаний, приведенных в приложении к настоящей главе.

2.5.87. Опоры должны рассчитываться на нагрузки нормальных и аварийных режимов ВЛ.

Анкерные опоры должны быть рассчитаны на разность тяжений проводов и тросов, возникающую вследствие неравенства значений приведенных пролетов по обе стороны опоры. При этом условия для расчета разности тяжений устанавливаются при разработке конструкций опор.

Двухцепные опоры во всех режимах должны быть рассчитаны на условия, когда смонтирована только одна цепь.

Опоры должны быть проверены на условия их сборки и установки, а также на условия монтажа проводов и тросов.

2.5.88. Опоры на ВЛ должны рассчитываться на следующие условия нормальных режимов:

1. Провода и тросы не оборваны и свободны от гололеда, скоростной напор ветра , температура минус 5°С.

2. Провода и тросы не оборваны и покрыты гололедом, скоростной напор ветра 0,25, температура минус 5°С (см. также 2.5.34).

Анкерные опоры и промежуточные угловые опоры должны рассчитываться также на условия низшей температуры без ветра, если тяжение проводов или тросов в этом режиме больше, чем в режиме наибольших нагрузок.

Концевые опоры должны рассчитываться также на одностороннее тяжение всех проводов и тросов (провода и тросы со стороны подстанции или пролета, смежного с большим переходом, не смонтированы).

2.5.89. Промежуточные опоры ВЛ с поддерживающими гирляндами и глухими зажимами должны рассчитываться на условные горизонтальные статические нагрузки аварийных режимов.

Расчет производится при следующих условиях:

1. Оборваны провод или провода одной фазы (при любом числе проводов на опоре); тросы не оборваны.

2. Оборван один трос; провода не оборваны.

Условные нагрузки прилагаются в местах крепления того провода или троса, при обрыве которого усилия в рассчитываемых элементах опоры получаются наибольшими.

Нагрузки от проводов и тросов следует принимать по среднеэксплуатационным условиям (в режиме без гололеда и без ветра).

В расчетах опор ВЛ с нерасщепленными фазами условные нагрузки от провода принимаются:

А. Для свободностоящих металлических опор и опор из любого материала на оттяжках с проводами сечением до 185 мм 0,5 ; сечением 205 мм и более 0,4 ;

Б. Для железобетонных свободностоящих опор с проводами сечением до 185 мм 0,3 ; сечением 205 мм и более 0,25 .

В. Для деревянных свободностоящих опор с проводами сечением до 185 мм 0,25 ; сечением 205 мм и более 0,2 , где - наибольшее нормативное тяжение провода или проводов одной фазы.

Г. Для других опор (опор из новых материалов, металлических гибких опор и т. п.) - в зависимости от гибкости рассчитываемых опор в пределах, указанных в п. А - В.

В расчетах опор ВЛ до 330 кВ с расщепленными фазами нормативная нагрузка определяется путем умножения значений, указанных в п. А - В для нерасщепленных фаз, на дополнительные коэффициенты: 0,8 при расщеплении на два провода, 0,7 - на три провода и 0,6 - на четыре провода.

В расчетах опор ВЛ 500 кВ с расщепленными фазами нормативная условная нагрузка, прилагаемая в месте крепления одной фазы, принимается равной 0,15 , но не менее 18 кН.

При применении средств, ограничивающих передачу продольной нагрузки на промежуточную опору (зажимы с ограниченной прочностью заделки, подвеска на блоках, а также другие средства), расчет следует производить на нормативные нагрузки, возникающие при использовании этих средств, но не более условных нагрузок, принимаемых при подвеске проводов в глухих зажимах.

Условная горизонтальная нагрузка от троса принимается равной 0,5 .

Для гибких опор (железобетонных и деревянных опор без оттяжек) допускается определять нормативную нагрузку от обрыва троса с учетом гибкости опор.

В расчетах допускается учитывать поддерживающее действие необорванных проводов и тросов в режиме среднегодовой температуры без гололеда и ветра. При этом нормативные условные нагрузки следует принимать как для металлических свободностоящих опор и опор из любого материала на оттяжках, а механические напряжения, возникающие в поддерживающих проводах и тросах, не должны превышать 70% предела прочности.

2.5.90. Промежуточные опоры ВЛ с креплением проводов на штиревых изоляторах при помощи проволочной вязки должны быть рассчитаны в аварийном режиме с учетом гибкости опор на обрыв одного провода, дающего наибольшие усилия в элементах опоры. Условная нормативная горизонтальная нагрузка вдоль линии от тяжения оборванного провода при расчете стойки должна приниматься равной 0,5

Страница 2 из 7

2. Основные характеристики грозовой деятельности и разрядов молнии

2.1. Интенсивность грозовой деятельности

Формирование грозовой облачности и, следовательно, грозовая деятельность зависит от климатических условий и рельефа местности. Поэтому грозовая деятельность над различными участками земной поверхности неодинакова. Для расчета грозозащитных мероприятий необходимо знать конкретную величину, характеризующую грозовую деятельность в данной местности. Такой величиной является интенсивность грозовой деятельности, которую принято определять числом грозовых часов или грозовых дней в году, вычисляемым как среднеарифметическое значение за ряд лет наблюдений для определенного места земной поверхности.
Интенсивность грозовой деятельности в данном районе земной поверхности определяется также числом ударов молнии в год, приходящихся на 1 км 2 земной поверхности.
Среднее число поражений молнией 1 км 2 земной поверхности в год определяется в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз и приведено в табл. 1.
Таблица 1. Среднее число поражений молнией

Рис. 1. Карта среднегодовой продолжительности гроз в грозо-часах на территории России, стран ближнего зарубежья и стран Балтии

На рисунке 1 приведена карта среднегодовой продолжительности гроз в грозо-часах на территории России, стран ближнего зарубежья и стран Балтии.
Ожидаемое количество поражений молнией в год зданий и сооружений высотой не более 60 м, не оборудованных молниезащитой, имеющих неизменную высоту (рис. 4а), определяется по формуле

где:
S - ширина защищаемого здания (сооружения), м; L - длина защищаемого здания (сооружения), м; hx - высота здания по его боковым сторонам, м;
п - среднее число поражений молнией 1 км 2 земной поверхности в год в районе строительства здания.
Формула приведена с учетом того, что число поражений молнией здания или сооружения пропорционально площади, занимаемой не только самим зданием или сооружением, но и суммой площадей проекций защитных зон, создаваемых гранями и углами кровли здания или сооружения. Если части здания имеют неодинаковую высоту (рис. 4б), то зона защиты, создаваемая высотной частью, может охватывать всю остальную часть здания. Если зона защиты высотной части не охватывает всего здания, необходимо учесть часть здания, находящуюся вне зоны защиты высотной части.

Рис. 4. Зона защиты, создаваемая сооружениями а - здания с одной высотой; б - здания, имеющие разные высоты.
Рекомендуемая формула позволяет произвести количественную оценку вероятности поражения молнией различных сооружений, расположенных в равнинной местности с достаточно однородными грунтовыми условиями.
Следует отметить, что значение параметра п, входящего в расчетную формулу, может в несколько раз отличаться от значений, приведенных выше. В горных районах большая часть разрядов молнии происходит между облаками, поэтому значение п может оказаться существенно меньше. Районы, где имеются слои почвы высокой проводимости, как показывают наблюдения, избирательно поражаются разрядами молнии, поэтому значение п в этих районах может оказаться существенно выше. Избирательно могут поражаться районы с плохо проводящими грунтами, в которых проложены протяженные металлические коммуникации (кабельные линии, металлические трубопроводы). Избирательно поражаются также возвышающиеся над поверхностью земли металлические предметы (вышки, дымовые трубы).

2.2. Основные параметры тока молнии

Ток, протекающий через пораженный молнией объект, быстро изменяется во времени. Примерная форма кривой тока молнии представлена на рис. 5. Часть кривой, на которой ток нарастает, именуется фронтом импульса тока молнии. Часть кривой, на которой ток спадает, именуется спадом импульса тока молнии.
Для равнинных районов наиболее вероятны токи молнии с амплитудой до 6104 А. Вероятность тока молнии (6-20)-104 А невелика, однако при проектировании молниезащиты ответственных объектов следует учитывать возможность появления таких токов. В горных районах амплитуда токов молнии примерно вдвое меньше, чем в равнинных районах.
Существенной характеристикой является крутизна фронта (скорость изменения) тока молнии, от которой зависит как индуктивное падение напряжения на протяженных проводниках (молниеотводах, токоотводах, заземлителях и т.п.), через которые протекает ток, так и э.д.с., обусловленные электромагнитным полем его.

Рис. 5. Примерная форма кривой тока молнии

2.3. Воздействия тока молнии

При разряде молнии в объект ток оказывает тепловые, механические и электромагнитные воздействия.
Тепловые воздействия тока молнии. Протекание тока молнии через сооружения связано с выделением тепла. При этом ток молнии может вызвать нагревание токоотвода до температуры плавления или даже испарения.
Сечение проводников должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы была исключена опасность недопустимых перегревов.
Таблица 2.4.1. Рекомендуемые значения токоотводящих проводников

Оплавление металла в месте соприкосновения канала молнии может быть значительным, если молния попадает в острый шпиль. При контакте канала молнии с металлической плоскостью происходит оплавление на достаточно большой площади, численно равной в квадратных миллиметрах значению амплитуды тока в килоамперах.
Механические воздействия токов молнии. Механические усилия, возникающие в различных частях здания и сооружениях при прохождении по ним токов молнии, могут быть весьма значительными. Достаточно сказать, что при воздействии токов молнии деревянные конструкции могут быть полностью разрушены, а кирпичные трубы и иные надземные сооружения из камня и кирпича могут иметь значительные повреждения.
При ударе молнии в бетон образуется узкий канал разряда. Значительная энергия, выделяемая в канале разряда, может вызвать разрушение, которое приведет либо к снижению механической прочности бетона, либо к деформации конструкции.
При ударе молнии в железобетон возможно разрушение бетона с деформацией стальной арматуры.

2.4. Вторичные проявления ударов молнии

Под вторичным проявлением удара молнии обычно принято понимать те явления при разрядах молнии, которые сопровождаются появлением электродвижущих сил и разностей потенциалов на различных металлических конструкциях, трубопроводах и проводах (внутри помещений или вблизи них), не подвергшихся непосредственно прямому удару молнии. Вторичные проявления обычно разделяются на электромагнитную и электростатическую индукцию. Ко вторичным проявлениям молнии относится также появление разности потенциалов внутри зданий и сооружений вследствие заноса высоких потенциалов через подземные и наземные металлические коммуникации, трубопроводы, электрические кабели, подземные эстакады, воздушные линии связи и сигнализации, воздушные линии электропередачи, шинопроводы и т.п.).
Электромагнитная индукция. Разряд молнии сопровождается появлением в пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Магнитное поле индуктирует в контурах, образованных из различных протяженных металлических предметов (трубопроводов, электрических проводок и т.п.), электродвижущую силу, величина которой зависит от амплитуды и крутизны фронта тока молнии, размеров и конфигурации контура, в котором наводится э.д.с. В замкнутых контурах индуктированные э.д.с. вызывают появление электрических токов, нагревающих отдельные элементы контуров. Однако в силу их малой величины, токи, индуктированные э.д.с., могут образовываться внутри зданий и сооружений различными способами, например путем соединения в одну систему трубопроводов, металлоконструкций и т.д.
В незамкнутых контурах, в контурах, контакты которых недостаточно надежны в местах соединения или в местах сближения отдельных элементов контура друг с другом, возникающая э.д.с. электромагнитной индукции может вызвать искрение или сильное нагревание.
Электростатическая индукция. Под грозовым облаком в земле и во всех наземных объектах скапливаются электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку зарядам облака и зарядам, внедряемым в будущий канал молнии лидерными процессами.
Поскольку нарастание потенциалов облака происходит достаточно медленно, индуцированные заряды появляются даже на объектах, которые обладают хорошей изоляцией относительно земли (провода воздушных линий, металлические крыши деревянных зданий и т.д.).
Это объясняется тем, что всякая изоляция обладает некоторой утечкой, благодаря которой заряды, одноименные с зарядами облака, успевают стекать в землю. При этом поле зарядов облака и поле зарядов, индуктированных на объекте, обладающем некоторой утечкой, накладываются таким образом, что разность потенциалов между объектами и землей мала. Длительность грозового разряда, в результате которого нейтрализуется большая часть заряда облака и заряда, внедренного лидерными процессами, на несколько порядков меньше длительности формирования грозового облака и развития лидера и молнии. Индуктированные на объекте заряды из-за большого сопротивления утечки не успевают стечь в землю за время длительности разряда молнии. Поэтому между объектом и землей возникает разность потенциалов, обусловленная индуктированными на объекте зарядами, поле которых уже не компенсировано полем зарядов облака.
Разность потенциалов может появиться между металлической кровлей здания и водопроводными и канализационными трубами, электропроводками, находящимися в здании, и другими заземленными предметами.
Чем объект выше, тем больше потенциалы, индуктированные на нем, и тем больше должны быть безопасные расстояния между этим объектом и ближайшим заземленным предметом.
Основной мерой борьбы с появлением внутри здания или сооружения потенциалов, обусловленных электростатической индукцией, является заземление всех проводящих элементов в здании или сооружении.
Занос высоких потенциалов в здания и сооружения. Ко вторичным проявлениям молнии относится появление значительных напряжений внутри зданий или сооружений вследствие передачи высоких потенциалов через воздушные и подземные металлические коммуникации.
Занос высокого напряжения в здания и сооружения по этим коммуникациям может быть не только при наличии металлической связи коммуникаций с защищаемым объектом, но и при отсутствии ее. Например, если протяженные металлические коммуникации расположены в непосредственной близости от молниеотвода, значительное повышение потенциала на молниеотводе, возникающее при прямом ударе молнии, может вызвать перекрытие изоляции по воздуху с молниеотвода на части коммуникаций.
Соединение всех крупных частей здания между собой (выравнивание потенциала) ликвидирует опасность возникновения перекрытий.
Занос высоких потенциалов по внешним коммуникациям во взрывоопасные здания и сооружения недопустим. Для невзрывоопасных зданий и сооружений III категории занос высоких потенциалов представляет опасность для находящихся в них людей, а также в отдельных случаях может вызвать пожар из-за пробоя изоляции электропроводки. Поэтому в зависимости от назначения этих объектов различают меры защиты этих зданий и сооружений.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра прикладной химии и физики

Молниезащита зданий и сооружений

Учебно-методическое пособие

Рассматривается методика и техника расчета молниезащиты гражданских и промышленных объектов.

Пособие предназначено для проведения практического занятия либо самостоятельного выполнения расчетно-графической работы (РГР) по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» студентами всех форм обучения. Может быть использовано в дипломном проектировании при решении аналогичных задач.

Составитель, доц., канд. техн. наук

Рецензент, доц., канд. техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2010

Согласно действующим нормативным документам выбор конструкции и расчет параметров молниезащиты должен производиться на основе данных о защищаемом объекте (назначения, наличия взрыво - и пожароопасных зон, огнестойкости и др.) и ожидаемом количестве поражений молнией в год. Последнее определяется исходя из сведений об интенсивности грозовой деятельности и геометрических размеров защищаемого объекта.

1 Характеристика интенсивности грозовой деятельности и молниепоражаемости объекта

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним числом грозовых часов (Пч) в году, определяемым по карте (рисунок 1).

Расчет ожидаемого количества N поражений молнией в год незащищенного объекта производится по формулам:

Для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

N = 9πh2n · 10-6;

Для зданий и сооружений прямоугольной формы

N = [(S+6h)(L+6h) – 7,7h2]n · 10-6,

где h – наибольшая высота здания или сооружения, м;

S, L – соответственно, ширина и длина здания или сооружения;

n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности, определяемое по таблице 1.

Если здание имеет сложную конфигурацию, то при расчете за S и L принимают ширину и длину прямоугольника, в который вписывается план здания.

Таблица 1 – Зависимость среднегодового числа ударов молнии в 1 км2 земной поверхности от интенсивности грозовой деятельности

Интенсивность грозовой деятельности Пч, ч

Среднее число ударов молнии в год на 1 км2, n

Рисунок 1 – Карта среднегодовой продолжительности гроз в часах

2 Классификация зданий и сооружений

по устройству молниезащиты

Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты , исходя из вероятности поражения защищаемого объекта молнией, масштаба возможных разрушений и ущерба, устанавливает три категории зданий и сооружений (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5% молний, а типа Б – не менее 95%.

К I категории относят здания и сооружения (или их части), в которых имеются взрывоопасные зоны классов В-I и В-II согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ). В них хранятся или содержатся постоянно либо появляются во время производственного процесса смеси газов, паров или пыли горючих веществ с воздухом или иными окислителями, способные взорваться от электрической искры.

Ко II категории относят здания и сооружения (или их части), в которых имеются взрывоопасные зоны классов В-Iа, В-Iб, В-IIа согласно ПУЭ. В таких сооружениях опасные смеси появляются лишь при аварии или неисправностях в технологическом процессе. К этой же категории принадлежат наружные технологические установки и открытые склады, содержащие взрывоопасные газы и пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (газгольдеры, цистерны и резервуары, сливо-наливные эстакады и т. п.), относимые по ПУЭ к взрывоопасным зонам класса В-Iг.

1) здания и сооружения с пожароопасными зонами классов П-I, П-II, П-IIа согласно ПУЭ;

2) открытые склады твердых горючих веществ и наружные технологические установки, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 61ºС, относимые по ПУЭ к классу П-III;

3) здания и сооружения III, IV и V степени огнестойкости, в которых отсутствуют производства с зонами, относимыми по ПУЭ к классам пожаро - и взрывоопасным;

4) жилые и общественные здания , возвышающиеся на 25 м и более над средней высотой окружающих зданий в радиусе 400 м, а также отдельно стоящие здания высотой более 30 м, удаленные от других зданий на 400 м и более;

5) общественные здания III, IV и V степени огнестойкости следующего назначения: детские сады и ясли, школы и школы-интернаты, спальные корпуса и столовые санаториев, домов отдыха, лечебные корпуса больниц, клубы, кинотеатры;

6) здания и сооружения, являющиеся памятниками истории и куль - туры;

7) дымовые трубы предприятий и котельных, водонапорные и силосные башни, вышки различного назначения высотой более 15 м.

3 Выбор типа защиты

Различают два рода воздействия молнии: первичное, связанное с прямым ударом, и вторичное, вызванное электромагнитной и электростатической индукцией и заносом высоких потенциалов через металлические коммуникации в сооружения при разряде облака. В результате этих явлений могут возникать пожары, взрывы, разрушения конструкций, поражения людей, перенапряжение на проводах электрической сети.

Для защиты от прямых ударов молнии сооружаются молниеотводы, принимающие на себя ток молнии и отводящие его в землю. Зона защиты молниеотвода – это часть пространства, примыкающая к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. При этом, по мере углубления внутрь этого пространства степень надежности защиты возрастает.

Защита от электростатической индукции заключается в отводе индуцируемых статических зарядов в землю путем присоединения металлического оборудования, расположенного внутри и вне зданий, к специальному заземлителю или к защитному заземлению электроустановок; сопротивление заземлителя растеканию тока промышленной частоты должно быть не более 10 Ом.

Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлокоммуникациями в местах их сближения на расстояние 10 см и менее через каждые 20 м устанавливают (приваривают) металлические перемычки, по которым наведенные токи перетекают из одного контура в другой без образования электрических разрядов между ними.

Защита от заноса высоких потенциалов внутрь зданий обеспечивается отводом потенциалов в землю вне зданий путем присоединения металлокоммуникаций на входе в здания к заземлителям защиты от электростатической индукции или к защитным заземлениям электроустановок.

Здания и сооружения I категории должны быть обязательно защищены от прямых ударов молнии, от электрической и электромагнитной индукции, от заноса высокого потенциала через подземные и наземные коммуникации. Молниеотводы предусматриваются с зонами защиты типа А.

Здания и сооружения II категории должны быть защищены от прямых ударов молнии; вторичных ее воздействий и заноса высоких потенциалов по коммуникациям только в местностях со средней интенсивностью грозовой деятельности nч ≥10. Тип зоны защиты молниеотводов зависит от показателя N: тип А берется при N>1, тип Б – при N≤1.

Здания и сооружения III категории подлежат молниезащите в местностях с грозовой деятельностью 20 ч и более в год, зона защиты молниеотводов – типа Б, за исключением объектов, указанных в п. 1 и 3. В них выбор типа зоны зависит от ожидаемого числа поражений молнией: при 0,12 принимается тип А.

Все здания и сооружения III категории защищают от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации. Наружные установки защищают только от прямых ударов молнии.

4 Конструкции молниеотводов

Молниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, токоотвода (спуска), соединяющего молниеприемник с заземлителем, заземлителя, через который ток молнии стекает в землю. Вертикальную конструкцию (столб или мачту) или часть сооружения, предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода, называют опорой молниеотвода.

По типу молниеприемников молниеотводы делят на стержневые, тросовые и сеточные, укладываемые на защищаемое здание; по числу и общей зоне защиты – на одиночные, двойные и многократные. Кроме того, различают молниеотводы отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания.

Стержневые молниеотводы представляют собой вертикальные стержни или мачты, тросовые – горизонтальные стальные канаты и провода, закрепленные на двух и более опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод к отдельному заземлителю. У сеточных молниеотводов молниеприемником служит металлическая сетка, присоединяемая токоотводом к заземлителю. Чаще используют стержневые молниеотводы.

Для повышения безопасности людей и животных заземлители размещают в редко посещаемых местах (на газонах, в кустарниках) в удалении на 5 м и более от основных грунтовых проезжих и пешеходных дорог, располагают их под асфальтовыми покрытиями или устанавливают предупреждающие плакаты. Токоотводы размещают в недоступных местах.

5 Расчет и проектирование молниеотводов

При устройстве молниезащиты соблюдают следующие условия: соответствие типа молниезащиты характеру производственного процесса в здании или сооружении, возможность типизации конструктивных элементов молниезащиты, надежность действия всех элементов молниезащиты и их «равнопрочность», большой срок службы (10 лет и более), возможность применения недорогостоящих материалов и использование конструктивных элементов здания и сооружения, наглядность монтажа, предупредительные и воспрещающие знаки или ограждения, доступ ко всем элементам при контроле, восстановлении или ремонте.

Кроме того, при устройстве молниезащиты зданий и сооружений любой категории учитывают возможность экранирования их зонами защиты молниеотводов других близко расположенных зданий и сооружений. При этом максимально используют естественные молниеотводы (вытяжные трубы, водонапорные башни, дымовые трубы, линии электропередачи и другие возвышающиеся сооружения).

Ниже приведены методики расчета молниеотводов разных конструкций высотой до 150 м.

Одиночный стержневой молниеотвод . Зона его защиты представляет собой конус (рисунок 2), вершина которого находится на высоте h0

Для зоны типа А

h0 = 0,85h; R0 = (1,1 - 0,002h)h;

Rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85);

Для зоны типа Б

h0 = 0,92h; R0 = 1,5h; Rx = 1,5(h - hx/0,92),

где Rx и hx определяют по закону подобия треугольников.

Для зоны типа Б высоту молниеотвода при известных величинах hx и Rx устанавливают по формуле:

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

Рисунок 2 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне hx; 2 – то же на уровне земли

Двойной стержневой молниеотвод (рисунок 3). Торцевые части зоны защиты определяют как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Значение h0, R0, Rx1 и Rx2 расчитывают по выше приведенным формулам для обоих типов зон защиты.

Внутренние области зон защиты имеют следующие габаритные размеры:

Зона типа А:

при L ≤ h hc = h0; Rc = R0; Rcx = Rx;

при h < L ≤ 2h hc = h0-(0,17 + 3×10-4h)(L - h);

при 2h < L ≤ 4h ;

;

;

Зона типа Б:

при L ≤ h hc = h0; Rcx = Rx; Rc = R0;

при h < L ≤ 6h, hc = h0 - 0,14(L - h);

Rc = R0; Rcx = R0(hc - hx)/ hc;

При больших расстояниях молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

При известных hc, L и Rcx = 0 высоту молниеотвода для зоны типа Б определяют по формуле:

h = (hc + 0,14L)/1,06.

Рисунок 3 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне hx 1 ; 2 – то же на уровне hx 2 ,

3 – то же на уровне земли

Двойной стержневой молниеотвод разной высоты (рисунок 4). Торцевые части также представляют собой зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты, а h01, h02, R01, R02, Rx1, Rx2 определяют как для одиночного молниеотвода обоих типов зон.

Rcx = R0(hc - hx)/hc;

Rc= (R01 + R02)/2;

hc = (hc1 + hc2)/2,

где hc1 и hc2 для обоих типов зон защиты вычисляют по формулам для двойного стержневого молниеотвода.

Рисунок 4 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для разновысокого двойного стерженового молниеотвода зона защиты типа А существует при L ≤ 4hmin, типа Б – при L ≤ 6hmin.

Одиночный тросовый молниеотвод . Зона его защиты приведена на рисунке 5, где h – расстояние по высоте до троса в точке наибольшего провеса.

С учетом стрелы провеса при известной высоте опор hоп и длине пролета а < 120 м высота до троса h = hоп - 2 м, а при а=120...150 h = hоп - 3 м.

Зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов имеют следующие размеры.

Для зоны типа А:

h0 = 0,85h; R0 = (1,35 - 0,0025h)h;

Rx = (1,35 - 0,0025h)(h - hx/0,85).

Для типа Б:

h0 = 0,92h; R0 = 1,7h ; Rх = 1,7(h - hx/0,92).

Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных hx и Rx равна h = (Rx + 1,85hx)/1,7.

Рисунок 5 – Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне земли;

2 – граница зоны защиты на уровне hx

6 Пример расчета

Здание расположено в Республике Башкортостан , имеет размеры:

L = 27 м; S = 18 м; h = 6 м.

Расчеты ведем в следующем порядке.

1. Определяем по классификации ПУЭ класс взрывопожароопасной зоны для склада ЛКМ. ЛКМ обычно изготовляются на основе легковоспламеняющихся жидкостей и склад является взрывоопасной зоной. Однако ЛКМ поступают и хранятся на складе в герметичной таре. Образование взрывоопасных смесей в здании склада возможно в случае неисправной тары. Следовательно, склад ЛКМ по классификации ПУЭ относится к классу В-1а.

2. Определяем требуемую категорию устройства защиты склада ЛКМ от воздействия атмосферного электричества. Согласно п.2 здания и сооружения, в которых имеются взрывоопасные зоны класса В-1а, относятся ко II категории защиты и должны быть защищены от всех четырех опасных факторов атмосферного электричества.

3. Определяем требуемый тип защиты для склада ЛКМ.

По карте среднегодовой продолжительности гроз (рисунок 1) находим, что интенсивность грозовой деятельности на территории РБ составляет 40…60 ч в год. Согласно таблице 1 такой интенсивности соответствует среднегодовое число ударов молнии, приходящееся на 1 км2 площади, равное n = 4. Ожидаемое число поражений склада ЛКМ молнией в течение года при отсутствии молниеотвода определяется по формуле:

Подставляя известные данные, получаем:

Так как N<1, то принимаем зону защиты типа Б.

4. Выписываем геометрические размеры зоны защиты типа Б:

; rо = 1,5 h м ; rх = 1,5(h м - hх/0,92),

где hо – высота конуса зоны защиты; hм – высота стержневого молниеотвода; rх – радиус зоны защиты на уровне земли; rо – радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта; hх – высота защищаемого объекта.

5. Определяем радиус rо зоны защиты на высоте объекта, используя графический метод. Наносим в выбранном масштабе на лист бумаги план склада ЛКМ (вид сверху). Выбираем и наносим на схему точку установки молниеотвода (для объектов II категории расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом не нормируется). Считая эту точку центром, описываем окружность такого радиуса, чтобы защищаемый объект (склад ЛКМ) вписался в нее. Снимаем со схемы значение радиуса rх; r = 27,5 м.

Рисунок 6 – К расчету высоты отдельно стоящего стержневого молниеотвода

1 – защищаемый объект; 2 – место установки молниеотвода

6. Определяем высоту молниеотвода:

h м = (r х + 1,63hх)/1,5; hм = 25 м

7. Определяем другие размеры зоны защиты:

ho = 22,8 м; rх = 37,3 м

8. Строим на схеме зону защиты (вид сбоку) и проверяем графически вписываемость объекта здания склада в зону защиты по высоте.

Библиографический список

Пожаловаться

Раздел 2. Канализация электроэнергии

Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ

Климатические условия и нагрузки

2.5.38. При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация.

Определение расчетных условий по ветру и гололеду должно производиться на основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ (рис.2.5.1, 2.5.2 – см. цветную вклейку) с уточнением при необходимости их параметров в сторону увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно-изморозевых отложений. В малоизученных районах* для этой цели могут организовываться специальные обследования и наблюдения.

* К малоизученным районам относятся горная местность и районы, где на 100 км трассы ВЛ для характеристики климатических условий имеется только одна репрезентативная метеорологическая станция.

Рис.2.5.1. Карта районирования территории РФ по ветровому давлению.

Рис.2.5.2. Карта районирования территории РФ по тощине стенки гололеда.

При отсутствии региональных карт значения климатических параметров уточняются путем обработки соответствующих данных многолетних наблюдений согласно методическим указаниям (МУ) по расчету климатических нагрузок на ВЛ и построению региональных карт с повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Основой для районирования по ветровому давлению служат значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Районирование по гололеду производится по максимальной толщине стенки отложения гололеда цилиндрической формы при плотности 0,9 г/см 3 на проводе диаметром 10 мм, расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли, повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Температура воздуха определяется на основании данных метеорологических станций с учетом положений строительных норм и правил и указаний настоящих Правил.

Интенсивность грозовой деятельности должна определяться по картам районирования территории РФ по числу грозовых часов в году (рис.2.5.3 – см. цветную вклейку), региональным картам с уточнением при необходимости по данным метеостанций о среднегодовой продолжительности гроз.

Рис.2.5.3. Карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах.

Степень агрессивного воздействия окружающей среды определяется с учетом положений СНиПов и государственных стандартов, содержащих требования к применению элементов ВЛ, гл.1.9 и указаний настоящей главы.

Определение районов по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов должно производиться по карте районирования территории РФ (рис.2.5.4 – см. цветную вклейку) с уточнением по данным эксплуатации.

Рис.2.5.4. Карта районирования территории РФ по пляске проводов.

По частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов территория РФ делится на районы с умеренной пляской проводов (частота повторяемости пляски 1 раз в 5 лет и менее) и с частой и интенсивной пляской проводов (частота повторяемости более 1 раза в 5 лет).

2.5.39. При определении климатических условий должно быть учтено влияние на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра особенностей микрорельефа местности (небольшие холмы и котловины, высокие насыпи, овраги, балки и т.п.), а в горных районах – особенностей микро- и мезорельефа местности (гребни, склоны, платообразные участки, днища долин, межгорные долины и т.п.).

2.5.40. Значения максимальных ветровых давлений и толщин стенок гололеда для ВЛ определяются на высоте 10 м над поверхностью земли с повторяемостью 1 раз в 25 лет (нормативные значения).

2.5.41. Нормативное ветровое давление W 0 , соответствующее 10-минутному интервалу осреднения скорости ветра (V 0), на высоте 10 м над поверхностью земли принимается по табл.2.5.1 в соответствии с картой районирования территории России по ветровому давлению (рис.2.5.1) или по региональным картам районирования.

Таблица 2.5.1. Нормативное ветровое давление W 0 на высоте 10 м над поверхностью земли.

Полученное при обработке метеоданных нормативное ветровое давление следует округлять до ближайшего большего значения, приведенного в табл.2.5.1.

Ветровое давление W определяется по формуле, Па

Ветровое давление более 1500 Па должно округляться до ближайшего большего значения, кратного 250 Па.

Для ВЛ 110-750 кВ нормативное ветровое давление должно приниматься не менее 500 Па.

Для ВЛ, сооружаемых в труднодоступных местностях, ветровое давление рекомендуется принимать соответствующим району на один выше, чем принято для данного региона по региональным картам районирования или на основании обработки материалов многолетних наблюдений.

2.5.42. Для участков ВЛ, сооружаемых в условиях, способствующих резкому увеличению скоростей ветра (высокий берег большой реки, резко выделяющаяся над окружающей местностью возвышенность, гребневые зоны хребтов, межгорные долины, открытые для сильных ветров, прибрежная полоса морей и океанов, больших озер и водохранилищ в пределах 3-5 км), при отсутствии данных наблюдений нормативное ветровое давление следует увеличивать на 40% по сравнению с принятым для данного района. Полученные значения следует округлять до ближайшего значения, указанного в табл.2.5.1.

2.5.43. Нормативное ветровое давление при гололеде W г с повторяемостью 1 раз в 25 лет определяется по формуле 2.5.41, по скорости ветра при гололеде v г.

Скорость ветра v г принимается по региональному районированию ветровых нагрузок при гололеде или определяется по данным наблюдений согласно методическим указаниям по расчету климатических нагрузок. При отсутствии региональных карт и данных наблюдений . Для ВЛ до 20 кВ нормативное ветровое давление при гололеде должно приниматься не менее 200 Па, для ВЛ 330-750 кВ – не менее 160 Па.

Нормативные ветровые давления (скорости ветра) при гололеде округляются до ближайших следующих значений, Па (м/с): 80 (11), 120 (14), 160 (16), 200 (18), 240 (20), 280 (21), 320 (23), 360 (24).

Значения более 360 Па должны округляться до ближайшего значения, кратного 40 Па.

2.5.44. Ветровое давление на провода ВЛ определяется по высоте расположения приведенного центра тяжести всех проводов, на тросы – по высоте расположения центра тяжести тросов, на конструкции опор ВЛ – по высоте расположения средних точек зон, отсчитываемых от отметки поверхности земли в месте установки опоры. Высота каждой зоны должна быть не более 10 м.

Для различных высот расположения центра тяжести проводов, тросов, а также средних точек зон конструкции опор ВЛ ветровое давление определяется умножением его значения на коэффициент K w , принимаемый по табл.2.5.2.

Таблица 2.5.2. Изменение коэффициента K w по высоте в зависимости от типа местности .

Примечание. Типы местности соответствуют определениям, приведенным в 2.5.6.

Полученные значения ветрового давления должны быть округлены до целого числа. Для промежуточных высот значения коэффициентов K w определяются линейной интерполяцией.

Высота расположения приведенного центра тяжести проводов или тросов h пр для габаритного пролета определяется по формуле, м

,

где h cр – среднеарифметическое значение высоты крепления проводов к изоляторам или среднеарифметическое значение высоты крепления тросов к опоре, отсчитываемое от отметок земли в местах установки опор, м;

f – стрела провеса провода или троса в середине пролета при высшей температуре, м.

2.5.45. При расчете проводов и тросов ветер следует принимать направленным под углом 90° к оси ВЛ.

При расчете опор ветер следует принимать направленным под углом 0°, 45° и 90°к оси ВЛ, при этом для угловых опор за ось ВЛ принимается направление биссектрисы внешнего угла поворота, образованного смежными участками линии.

2.5.46. Нормативную толщину стенки гололеда b э плотностью 0,9 г/см 3 следует принимать по табл.2.5.3 в соответствии с картой районирования территории России по толщине стенки гололеда (см. рис.2.5.2) или по региональным картам районирования.

Таблица 2.5.3. Нормативная толщина стенки гололеда b э для высоты 10 м над поверхностью земли.

Полученные при обработке метеоданных нормативные толщины стенок гололеда рекомендуется округлять до ближайшего большего значения, приведенного в табл.2.5.3.

В особых районах по гололеду следует принимать толщину стенки гололеда, полученную при обработке метеоданных, округленную до 1 мм.

Для ВЛ 330-750 кВ нормативная толщина стенки гололеда должна приниматься не менее 15 мм.

Для ВЛ, сооружаемых в труднодоступных местностях, толщину стенки гололеда рекомендуется принимать соответствующей району на один выше, чем принято для данного региона по региональным картам районирования или на основании обработки метеоданных.

2.5.47. При отсутствии данных наблюдений для участков ВЛ, проходящих по плотинам и дамбам гидротехнических сооружений, вблизи прудов-охладителей, башенных градирен, брызгальных бассейнов в районах с низшей температурой выше минус 45 °C , I нормативную толщину стенки гололеда b э следует принимать на 5 мм больше, чем для прилегающих участков ВЛ, а для районов с низшей температурой минус 45° и ниже – на 10 мм.

2.5.48. Нормативная ветровая нагрузка при гололеде на провод (трос) определяется по 2.5.52 с учетом условной толщины стенки гололеда b у, которая принимается по региональному районированию ветровых нагрузок при гололеде или рассчитывается согласно методическим указаниям по расчету климатических нагрузок. При отсутствии региональных карт и данных наблюдений b у =b э.

2.5.49. Толщина стенки гололеда (b э, b у) на проводах ВЛ определяется на высоте расположения приведенного центра тяжести всех проводов, на тросах – на высоте расположения центра тяжести тросов. Высота приведенного центра тяжести проводов и тросов определяется в соответствии с 2.5.44.

Толщина стенки гололеда на проводах (тросах) при высоте расположения приведенного их центра тяжести более 25 м определяется умножением ее значения на коэффициенты K i и K d , принимаемые по табл.2.5.4. При этом исходную толщину стенки гололеда (для высоты 10 м и диаметра 10 мм) следует принимать без увеличения, предусмотренного 2.5.47. Полученные значения толщины стенки гололеда округляются до 1 мм.

Таблица 2.5.4. Коэффициенты K i и K d , учитывающие изменение толщины стенки гололеда.

Примечание. Для промежуточных высот и диаметров значения коэффициентов K i и K d определяются линейной интерполяцией.

При высоте расположения приведенного центра тяжести проводов или тросов до 25 м поправки на толщину стенки гололеда на проводах и тросах в зависимости от высоты и диаметра проводов и тросов не вводятся.

2.5.50. Для участков ВЛ, сооружаемых в горных районах по орографически защищенным извилистым и узким склоновым долинам и ущельям, независимо от высот местности над уровнем моря, нормативную толщину стенки гололеда b э рекомендуется принимать не более 15 мм. При этом не следует учитывать коэффициент K i .

2.5.51. Температуры воздуха – среднегодовая, низшая, которая принимается за абсолютно минимальную, высшая, которая принимается за абсолютно максимальную, – определяются по строительным нормам и правилам и по данным наблюдений с округлением до значений, кратных пяти.

Температуру воздуха при нормативном ветровом давлении W 0 следует принимать равной минус 5 °C, за исключением районов со среднегодовой температурой минус 5 °C и ниже, для которых ее следует принимать равной минус 10 °C.

Температуру воздуха при гололеде для территории с высотными отметками местности до 1000 м над уровнем моря следует принимать равной минус 5 °C, при этом для районов со среднегодовой температурой минус 5°C и ниже температуру воздуха при гололеде следует принимать равной минус 10 °C. Для горных районов с высотными отметками выше 1000 м и до 2000 м температуру следует принимать равной минус 10 °C, более 2000 м – минус 15 °C. В районах, где при гололеде наблюдается температура ниже минус 15 °C, ее следует принимать по фактическим данным.

где α w – коэффициент, учитывающий неравномерность ветрового давления по пролету ВЛ, принимаемый равным:

Промежуточные значения α w определяются линейной интерполяцией;

K l – коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку, равный 1,2 при длине пролета до 50 м, 1,1 – при 100 м, 1,05 – при 150 м, 1,0 – при 250 м и более (промежуточные значения K l определяются интерполяцией);

K w – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности, определяемый по табл.2.5.2;

C x – коэффициент лобового сопротивления, принимаемый равным: 1,1 – для проводов и тросов, свободных от гололеда, диаметром 20 мм и более; 1,2 – для всех проводов и тросов, покрытых гололедом, и для всех проводов и тросов, свободных от гололеда, диаметром менее 20 мм;

W – нормативное ветровое давление, Па, в рассматриваемом режиме:

W=W 0 – определяется по табл.2.5.1 в зависимости от ветрового района;

W=W г – определяется по 2.5.43;

F – площадь продольного диаметрального сечения провода, м 2 (при гололеде с учетом условной толщины стенки гололеда b у);

φ – угол между направлением ветра и осью ВЛ.

Площадь продольного диаметрального сечения провода (троса) F определяется по формуле, м 2

,

где d – диаметр провода, мм;

K i и K d – коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода и определяемые по табл.2.5.4;

b у – условная толщина стенки гололеда, мм, принимается согласно 2.5.48;

l – длина ветрового пролета, м.

2.5.53. Нормативная линейная гололедная нагрузка на 1 м провода и трос P г н определяется по формуле, Н/м

где K i и K d – коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололеда по высоте и в зависимости от диаметра провода и принимаемые по табл.2.5.4;

b э – толщина стенки гололеда, мм, по 2.5.46;

d – диаметр провода, мм;

ρ – плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см 3 ;

g – ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,8 м/с 2 .

,

где P w н – нормативная ветровая нагрузка по 2.5.52;

Υ nw – коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 - для ВЛ до 220 кВ; 1,1 - для ВЛ 330-750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;

Υ p – региональный коэффициент, принимаемый от 1 до 1,3. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование ВЛ;

Υ f – коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,1.

2.5.55. Расчетная линейная гололедная нагрузка на 1 м провода (троса) P г.п при механическом расчете проводов и тросов по методу допускаемых напряжений определяется по формуле, Н/м

,

где P г н – нормативная линейная гололедная нагрузка, принимаемая по 2.5.53;

Υ nw – коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 – для ВЛ до 220 кВ; 1,3 – для ВЛ 330-750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;

Υ p – региональный коэффициент, принимаемый равным от 1 до 1,5. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование ВЛ;

Υ f – коэффициент надежности по гололедной нагрузке, равный 1,3 для районов по гололеду I и II; 1,6 - для районов по гололеду III и выше;

Υ d – коэффициент условий работы, равный 0,5.

2.5.56. При расчете приближений токоведущих частей к сооружениям, насаждениям и элементам опор расчетная ветровая нагрузка на провода (тросы) определяется по 2.5.54.

2.5.57. При определении расстояний от проводов до поверхности земли и до пересекаемых объектов и насаждений расчетная линейная гололедная нагрузка на провода принимается по 2.5.55.

2.5.58. Нормативная ветровая нагрузка на конструкцию опоры определяется как сумма средней и пульсационной составляющих.

2.5.59. Нормативная средняя составляющая ветровой нагрузки на опору Q c н определяется по формуле, Н

,

где K w – принимается по 2.5.44; W – принимается по 2.5.52; C x – аэродинамический коэффициент, определяемый в зависимости от вида конструкции, согласно строительным нормам и правилам;

A – площадь проекции, ограниченная контуром конструкции, ее части или элемента с наветренной стороны на плоскость перпендикулярно ветровому потоку, вычисленная по наружному габариту, м 2 .

Для конструкций опор из стального проката, покрытых гололедом, при определении A учитывается обледенение конструкции с толщиной стенки гололеда b у при высоте опор более 50 м, а также для районов по гололеду V и выше независимо от высоты опор.

Для железобетонных и деревянных опор, а также стальных опор с элементами из труб обледенение конструкций при определении нагрузки Q c н не учитывается.

2.5.60. Нормативная пульсационная составляющая ветровой нагрузки* Q п н для опор высотой до 50 м принимается:

для свободностоящих одностоечных стальных опор:

для свободностоящих портальных стальных опор:

для свободностоящих железобетонных опор (портальных и одностоечных) на центрифугированных стойках:

для свободностоящих одностоечных железобетонных опор ВЛ до 35 кВ:

для стальных и железобетонных опор с оттяжками при шарнирном креплении к фундаментам:

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки для свободностоящих опор высотой более 50 м, а также для других типов опор, не перечисленных выше, независимо от их высоты определяется в соответствии со строительными нормами и правилами на нагрузки и воздействия.

В расчетах деревянных опор пульсационная составляющая ветровой нагрузки не учитывается.

2.5.61. Нормативная гололедная нагрузка на конструкции металлических опор J н определяется по формуле, Н

,

где – принимаются согласно 2.5.53;

– коэффициент, учитывающий отношение площади поверхности элемента, подверженной обледенению, к полной поверхности элемента и принимаемый равным:

0,6 – для районов по гололеду до IV при высоте опор более 50 м и для районов по гололеду V и выше, независимо от высоты опор;

A 0 – площадь общей поверхности элемента, м 2 .

Для районов по гололеду до IV при высоте опор менее 50 м гололедные отложения на опорах не учитываются.

Для железобетонных и деревянных опор, а также стальных опор с элементами из труб гололедные отложения не учитываются.

2.5.62. Расчетная ветровая нагрузка на провода (тросы), воспринимаемая опорами, определяется по формуле, Н

,

– принимается согласно 2.5.54;

– коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный для проводов (тросов), покрытых гололедом и свободных от гололеда:

,

где Q н c – нормативная средняя составляющая ветровой нагрузки, принимаемая по 2.5.59;

Q н п – нормативная пульсационная составляющая ветровой нагрузки, принимаемая по 2.5.60;

Υ nw , Υ

Υ f – коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный:

1,3 – при расчете по первой группе предельных состояний;

1,1 – при расчете по второй группе предельных состояний.

где Υ nw , Υ p – принимаются согласно 2.5.54;

K w принимается согласно 2.5.44;