CC BY
7
УДК 699.83
05.20.01 Технические науки (Технологии и средства механизации сельского хозяйства)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОЛНИЕЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ
Котелевская Елена Анатольевна
к.т.н., доцент
Scopus Author ID: 788 241
РИНЦ SPIN-код: 6276-1524
9183119059@mail.ru
Кубанский государственный аграрный
университет, Россия, 350044, Краснодар,
Калинина 13
Туманова Марина Ивановна
к.т.н., доцент
Scopus Author ID: 676 203
РИНЦ SPIN-код: 1927-7090
tumanova-kgau@mail.ru
Кубанский государственный аграрный
университет, Россия, 350044, Краснодар,
Калинина 13
Гузенко Кирилл Евгеньевич студент
kirillguzenko@icloud.com
Кубанский государственный аграрный университет, Россия, 350044, Краснодар, Калинина 13
Ефимова Алена Сергеевна студент
alyona_ef@mail.ru
Кубанский государственный аграрный университет, Россия, 350044, Краснодар, Калинина 13
В статье описан способ защиты зданий и сооружений от молнии. Приведен метод определения зоны защиты и способы расчета радиуса защиты для конструкций при разной высоте молниеотвода. Также приведены примеры расчета на определение высоты стержневого молниеотвода и на определение импульсного сопротивления
Ключевые слова: СТЕРЖНЕВОЙ МОЛНИЕОТВОД, МОЛНИЕЗАЩИТА, ЗОНА ЗАЩИТЫ, РАДИУС ЗАЩИТЫ
http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-178-009
UDC 699.83
05.20.01 Technical sciences (Technologies and means of agricultural mechanization)
DESIGN OF LIGHTNING PROTECTION DEVICES FOR LIVESTOCK CHAMBERS
Kotelevskaya Elena Anatolyevna
Cand.Tech.Sci., docent
Scopus Author ID: 788 241
RSCI SPIN-code: 6276-1524
9183119059@mail.ru
Kuban State Agrarian University,
13 Kalinina, Krasnodar, 350044, Russia
Tumanova Marina Ivanovna
Cand.Tech. Sci. ,docent
Scopus Author ID: 676 203
RSCI SPIN-code: 1927-7090
tumanova-kgau@mail.ru
Kuban State Agrarian University,
13 Kalinina, Krasnodar, 350044, Russia
Guzenko Kirill Evgenievich student
kirillguzenko@icloud.com Kuban State Agrarian University, 13 Kalinina, Krasnodar, 350044, Russia
Efimova Alyona Sergeevna student
alyona_ef@mail.ru
Kuban State Agrarian University,
13 Kalinina, Krasnodar, 350044, Russia
The article describes a way to protect buildings and structures from lightning. A way for determining the protection zone and methods for calculating the protection radius for structures with different lightning rod heights are given. We have also presented examples of calculations for determining the height of a lightning rod and for determining the impulse resistance
Keywords: LIGHTNING ROD, LIGHTNING PROTECTION, PROTECTION ZONE, PROTECTION RADIUS
Грозовые разряды атмосферного электричества опасны для жизни людей. Кроме того, молния при попадании в животноводческое здание или
сооружение может разрушить их и вызвать пожар. Люди давно нашли способ защиты от молнии в виде устройств молниеотводов. Современная молниезащита предлагает три типа конструкций молниеотводов: антенные, сеточные и стержневые. В настоящее время из-за простоты использования наиболее распространены стержневые молниеотводы.
Все типы молниеотводов состоят из следующих элементов: молниеприемник, токоотвод и заземлитель. Как было сказано выше, простейшей конструкцией является молниеотвод. При ударе молнии он возводит защитную зону вокруг здания или сооружения, которая повторяет форму двойного конуса, имеющего круглое основание. Радиус основания конуса почти в полтора раза больше, чем высота молниеприемника.
Защитную зону такого молниеотвода можно изобразить графически. Проведем горизонтальную линию и перпендикулярно ей отложим в масштабе высоту молниеприемника И (рис. 1). На горизонтальной линии из точки О в обе стороны в том же масштабе отложим радиусы основания г, равные 1,5 И. Концы радиусов обозначим буквой Б. На линии ОН на расстоянии 0,8 И от основания отметим точку В, а на линии радиусов - точки Г, делящие радиусы на две равные части. По полученным данным можно построить сечение двойного конуса - зоны защиты. Для этого из точки Н проведем прямые линии в точки Г и из точки В - в точки Б. В результате такого построения мы получили двойной треугольник, при вращении которого вокруг оси ОН получим защитную зону, созданную молниеотводом, высота которой равна ОН.
Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения (Их) представляет собой круг радиусом гх, называемый защитным радиусом.
При стержневом одиночном молниеотводе (рис.1), имеющем высоту менее 60 м радиус защиты определяют из следующего соотношения [1]:
2
a) при 0 < Их <- к
гх= 1,5(к-1,25 Их);
(1)
2
b) при -к < Их < к
гх= 0,75(к - Их).
(2)
н
1 -Гх —«л X
1 -в -— ^ Т "х-----------
6............. 1 Уг 0 ^ .. 6
Г ' | -Г " ЛЯГ Г
¿=0,75Ь
Рис. 1. Схема молниезащиты животноводческих зданий и сооружений при помощи
стержневого одиночного молниеотвода.
Защитная зона стержневого одиночного молниеотвода, имеющего высоту от 60 до 100 м, по форме сходственно защитной зоне громоотвода высотой менее 60 м, но за основание конуса в ней принимают круг радиусом 90 м. В этом случае радиус защиты гх на высоте ^ определяют из следующего соотношения [1]:
1) при 60 < ^ <-к
Гх= 90(1 — 1,25 ЪД);
2) при -к < ^ < 100
Гх= 45(1 — hx/h);
(3)
(4)
При защите протяженных животноводческих зданий и сооружений устанавливаются два стержневых громоотвода. Защитная зона при двух одинаковых молниеотводов, высота которых одинакова ^<60 м) изображена на рисунке 2.
Рис. 2. Защитная схема животноводческих зданий и сооружений при помощи стержневого одиночного громоотвода
Очертание зоны защиты в сечении вертикальной плоскостью посредине между молниеотводами определяют по правилу построения
зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой ^ (рис. 2), при этом радиус основания г0=1,5
Высоту ^ зоны защиты в середине двойного стержневого молниеотвода при известных h и а находят по формуле:
При устройстве двойного стержневого молниеотвода нужно учитывать, что при а > 5к совместное действие одиночных молниеотводов нарушается, так как в этом случае ^=0.
Высоту молниеотвода при известных ^ и а отыскивают по формуле
В сельском хозяйстве молниеотводы делают при животноводческих постройках, складах, на нефтебазах, при мастерских. Чаще всего устраивают стержневые молниеотводы на деревянных или металлических мачтах.
Согласно правилам устройства стержневых молниеотводов, при грозозащите животноводческих помещений мачты и заземлителя устанавливают не ближе 4 м от здания. Чтобы не вызвать поражения шаговым напряжением, место заземления ограждают, так чтобы животные не могли подойти к нему ближе, чем на 3 м. Если устраивают несколько молниеотводов, заземление может быть общим.
Произведем расчет при помощи ЭВМ, используя программу для работы с электронными таблицами Microsoft Excel. Определим размеры защитной зоны одиночного тросового молниеотвода для защиты коровника на 200 голов с размерами длиной 70 м, шириной 24 м, расположенного на территории с интенсивностью грозовой деятельности
h0=4h - ^9h2 - 0,25а2.
(5)
h=0,571h0+V0,183k2 - 0,0357а2.
(6)
50 час в год, если здание имеет IV степень огнестойкости. В результате имеем радиус зоны защитного одиночного тросового молниеотвода равен 16,97 м, а высота опор 11,98 м, расчетная высота молниеотвода 9,98 м (рис.3.
.г. И1 '■1 — -.ч.- и™«,,. - о х
j <■» -1ч *•« « "-""" Ь & Iм"""" 1г tawfiwsriÄ Ппом1й
ее - А «иосЕНЦг'<(в,4*В5|"г|> *
А В С D 1
1 Данные, необходимые для расчетов, сведены в таблицу 1.
2
3 Таблица 1
4 Показатель Значение
5 Ширина коровника Ь, м 24
б Радиус зоны защиты одиночного тросового молниеотвода, г* 16,97
7 Расчетная высота молниеотвода h, м 9,98
8 Длина коровника а,м 70
9 Расстояние между опорами L, м 46
10 Высота опор, hon 11,98
11
12
13
i/i К . 4 Ь ■eil ПяСгЗ JlnciJ 1-1,1
□
Рис. 3. Листинг программы расчета на ЭВМ
Таким образом, используя ЭВМ можно быстро, точно и эффективно провести расчет молниезащиты коровника на 200 голов.
Так как грозовой разряд происходит мгновенно, через молниеотвод проходит импульс электрического тока. Сопротивление заземлителя растеканию импульсного тока меньше, чем для тока промышленной частоты. Эта разница учитывается импульсным коэффициентом а; (рис. 4).
Рис. 4. Приближенное значение импульсных коэффициентов для единичных
заземлителей.
Сопротивление растеканию импульсного тока находят по формуле :
Я1=Яза1,
(7)
где а! - импульсный коэффициент.
При расчете молниезащиты для зданий и сооружений определяют высоту молниеотвода И и сопротивление заземляющего контура ^.Высоту одиночного стержневого молниеотвода находят по формулам (1-7).
Можно высоту одиночного стержневого молниеотвода найти по номограмме (рис. 5). Для этого необходимо знать высоту защищаемого объекта Их и радиус защиты гх. Высота молниеприемника И от поверхности земли определяется пересечением прямой, соединяющей точки значений Их и гх на крайних шкалах, с одной из средних шкал [2].
11-для — < 2,67;
II-для — > 2,67;
Рис. 5. Номограмма для определения высоты одиночного стержневого молниеотвода высотой
до 60 м.
Определим высоту одиночного стержневого молниеотвода для животноводческого здания, параметры которого Их=7,3 м; гх=8 м. Подставим значения Их и гх в формулу (1):
8= 1,5(^-1,25 • 7,3),
откуда И=14,4 м.
Найдем высоту одиночного стержневого молниеотвода для складских помещений животноводческого комплекса шириной 5 м и длиной 10 м. Высота зоны защиты Их=6 м.
Определим радиус зоны защиты гх по формуле:
где а и Ь - ширина и длина здания, м. Для нашего случая:
= Л;)2 + (т)2 +1 =6,65 м.
м.
Подставим значение Их и гх в формулу (1):
6,65= 1,5(^-1,25 • 6).
Откуда И=12 м.
Определим импульсное сопротивление заземлителя грозовой защиты животноводческого помещения, устроенного в суглинистом грунте. Длина полосы 8 м, ширина 60 мм, глубина укладки полосы 1 м.
Сопротивление протяжного заземлителя находим по формуле (7).
Приняв по таблице 25 р=1 • 104, найдем:
&03 = 0,366 — ^102-800,= 10,94 Ом 0,3 800 °10 60-100
По таблице 30 для данных условий а;=0,9 и тогда Я;=0,9-10,94=9,87 Ом.
Защита зданий и сооружений II категории молниезащиты выполняется следующими способами [3]:
1. Тросовыми стержневыми молниеотводами.
2. Путем наложения молниеприемной сетки на плоскую кровлю (клетка или щит Фарадея) или использование металлической кровли здания в качестве молниеприемника.
Сетка выполняется из стальной проволоки диаметром 6-8 мм и укладывается на саму кровлю либо под ее гидроизоляционные слои.
2
Площадь ячеек сетки должна быть < 36 м . Узлы скрепляются сваркой. Все элементы здания, сделанные из металла и расположенные непосредственно на крыше, соединяются с молниеприемной сеткой, а все неметаллические части, которые возвышаются над крышей, должны быть оборудованы специальными молниеприемниками, которые также присоединяются к сетке. В этом случае токоотводы также прокладываются через 25 м.
При этом:
а) расстояние от здания до молниеприемника не нормируется
б) наиболее удобным случаем является объединение заземлителей
в) в зданиях, где плиты перекрытий установлены на металлические фермы с прямыми поясами и при этом используются гидроизоляция и малогорючие утеплители, наложение молниеприемной сетки или установка молниеприемников не требуется. Вместо этого должна быть обеспечена постоянная электрическая связь заземлителя с несущим конструктивом - металлическими фермами. Аналогичная система молниезащиты может быть использована с металлическими балками, арками, рамами и пространственными конструкциями.
Таким образом, при проектировании животноводческих комплексов необходимо учитывать категорию огнестойкости строимого или реконструируемого помещения для защиты от пожара и сохранения здоровья животных. Для этого на каждой животноводческой ферме устанавливают молниеотводы в соответствии с расчетными параметрами. В статье были представлены примеры расчетов различных молниеотводов.
Список литературы:
1. Скрипко А.Н., Мисун Л.В., Дашков В.Н. Анализ влияния грозовых проявлений на пожарную опасность животноводческих ферм и комплексов/ Скрипко А.Н., Мисун Л.В., Дашков В.Н. // В журнале: Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. -1(31), 2012. с. 36-43.
2. Базелян Э. М. Вопросы практической молниезащиты / Э. М. Базелян. - Издано компанией «ИМАГ», Москва, 2015 г., 208 с.
3. СН 305-77 Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты зданий
и сооружений. // https://files.stroyinf.ru_// URL:
https://files.strovinf.ru//Data2/1/4293835/4293835520.pdf (дата обращения 24.03.2022).
References:
1. Skripko A.N., Misun L.V., Dashkov V.N. Analiz vlijanija grozovyh projavlenij na pozharnuju opasnost' zhivotnovodcheskih ferm i kompleksov/ Skripko A.N., Misun L.V., Dashkov V.N. // V zhurnale: Chrezvychajnye situacii: preduprezhdenie i likvidacija. -1(31), 2012. s. 36-43.
2. Bazeljan Je. M. Voprosy prakticheskoj molniezashhity / Je. M. Bazeljan. - Izdano kompaniej «IMAG», Moskva, 2015 g., 208 s.
3. SN 305-77 Instrukcija po proektirovaniju i ustrojstvu molniezashhity zdanij i sooruzhenij. // https://files.stroyinf.ru // URL: https://files.stroyinf.ru//Data2/1/4293 835/4293 835520.pdf (data obrashhenij a 24.03.2022).
