Тема № 4: ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО И АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

СТАТИЧЕСКОГО И АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА» Практическое занятие № 4.4: «ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО

МОЛНИЕЗАЩИТЕ ИНСТРУКЦИИ СО-153-34.21.122-2003» Цель занятия: Приобрести навыки в определении зоны защиты молниеотводов и графическом построении зоны молниезащиты на основе требований нормативных документов, путем рассмотрения методики расчета и решения задач.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Классификация зданий и сооружений, подлежащих защите от прямых ударов молнии и ее вторичных проявлений.
2. Расчет высоты молниеотводов.

1

Учебник. – СПб.: Cанкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России,

2012. – 292с.

 Дополнительная
1. Маслаков М.Д., Пелех М.Т., Родионов В.А., Хорошилов О.А. Пожарная безопасность электроустановок. Молниезащита и защита от статического электричества: Учебное пособие. – СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2010. – 234с.

2

2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»

(ФЗ № 117, 185, 160, 234).
 
ГОСТ, НПБ, ППБ, РД, ВППБ, СНиП
Правила устройства электроустановок. - 7‑е изд., перераб. и доп.– 2015.
СО-153-34.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. – 56с.

3

помещения, в которых в нормальных технологических режимах могут находится и

образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон (это взрывоопасные зоны классов
В-I (1) и В-II (2)).

II категория
Производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы (это взрывоопасные
зоны классов В-Iа (2), В-Iб, В-Iг (2),
В-IIа (22)).

III категория
Все остальные здания и сооружения.

4

индукции), заноса
высокого потенциала через наземные и подземные
коммуникации.
От прямых

ударов молнии, вторичных ее воздействий, заноса высоких потенциалов через наземные и подземные коммуникаци и только в местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более.
Наружные установки класса В-Iг (2), подлежат защите от прямых ударов молнии на всей территории страны (некоторые из них, например, резервуары с
плавающими крышами подлежат защите и от электростатической индукции).

Молниезащита предусматривается в местностях со средней продолжительностью гроз  20 ч в год. Должны быть защищены от: прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации.

ОБЪЕКТЫ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ЗАЩИЩЕНЫ

ОБЪЕКТЫ I КАТЕГОРИИ

ОБЪЕКТЫ III КАТЕГОРИИ

ОБЪЕКТЫ II КАТЕГОРИИ

5

между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких

импульсов тока.

6

выше).
Тепловая энергия
превышает 5,5 Дж.
Термическое воздействие
токов молнии

на
проводники вызывает
не только их нагрев,
но и оплавление.

Ударной волной,
распространяющейся
от канала молнии, и
электродинамическими
силами, действующими
на проводники с токами
молнии. Воздействие
может быть причиной
сплющивания
тонких металлических
трубок и схлестывания
проводников.

Поражением людей или
животных электрическим
током и появлением
перенапряжений на
пораженных элементах
объекта. Перенапряжение
пропорционально
амплитуде и крутизне тока
молнии, индуктивности
конструкций
и сопротивлению
заземлителей, по которым
ток молнии
отводится в землю.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ТЕРМИЧЕСКИЕ

ПРЯМОЙ УДАР МОЛНИИ
(обуславливает следующие воздействия на объекты)

8

землей, вызванных
протеканием токов через
большие сопротивления утечки.
разности потенциалов
создают опасность для

людей при отсутствии
надлежащего заземления
и способны вызывать искры
в воздушных промежутках.

Связана с образованием
в металлических
контурах ЭДС,
вследствие чего
в местах сближения
протяженных
металлических
конструкций, в разрывах
незамкнутых контуров
создается опасность
перекрытий и искрений.

По вводимым в объект
коммуникациям
проводам воздушных
линий электропередач,
кабелям, трубопроводам.
Возможен в случае, если
коммуникации окажутся
слишком близко
расположенными от
молниеотводов.

ЗАНОС ВЫСОКОГО
ПОТЕНЦИАЛА

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ
ИНДУКЦИЯ

ВТОРИЧНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ МОЛНИИ
(связаны с действием на объект)

9

16

МИНИМАЛЬНЫЕ СЕЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕШНЕЙ МЗС
Молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для

перехвата молний.
Токоотвод (спуск) – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.

КОНСТРУКЦИЯ МОЛНИЕОТВОДА

17

М-25; в – на железобетонной опоре; г – молниеприемник из

металлических труб, установленных на крыше; 1 – опора (стойка); 2 – молниеприемник; 3 – подножник; 4 – токопровод (спуск); 5 – фланец; 6 – оттяжка.

КОНСТРУКЦИИ СТЕРЖНЕВЫХ МОЛНИЕОТВОДОВ И МОЛНИЕПРИЕМНИКОВ

18

исходя из значений требуемой надежности защиты:
Рз = 1 – Pпр.,

где Pпр. – вероятность прорыва молнии в зону защиты.
Вероятность прорыва молнии в зону защиты – это отношение числа ударов молнии в защищенный объект (числа прорывов) к общему числу ударов в молниеотвод и объект.
Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией зданий или сооружений, не имеющих молниезащиты, в год производится по формулам:
- для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни):

- для зданий и сооружений прямоугольной формы:

где h – наибольшая высота здания или сооружения, м;
S, L – соответственно ширина и длина здания или сооружения, м;
Ng – среднегодовое число ударов молнии в 1 км земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.

РАСЧЕТ ВЫСОТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ

20

= (1,1 - 0,002∙h)∙h

Rx = (1,1 - 0,002∙h)∙(h - hx/0,85)

Зона

типа Б:
h0 = 0,92∙h; R0 = 1,5∙h

Rx = 1,5∙(h - hx/0,92)

где
Rx и hx определяются по закону подобия треугольников.

Для зоны типа Б
высота молниеотвода
при известных величинах Rx и hx может быть определена:
h = (Rx+1,63∙hx)/1,5

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

24

– по РД 34.21.122-87
25

граница зоны защиты на уровне hx1; 2 – то же

на уровне hx2;
3 – то же на уровне земли.

26

подвеса тросов;
1 – граница зоны защиты на уровне hx;
2 –

то же на уровне земли.

28

учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм2 при известной высоте

опор hоп и длине пролета L120 м высота троса h = hоп - 2 м, а при L = 120-150 м высота троса h = hоп - 3 м.
Конфигурацию и размеры зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов определяют по формулам:

Зона типа А: h0 = 0,85∙h; R0 = (1,35 - 0,0025∙h)∙h;
Rx = (1,35 - 0,0025∙h)∙(h - hx/0,85).

Зона типа Б: h0 = 0,92∙h; R0 = 1,7∙h; Rx = 1,7∙(h - hx/0,92).

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

ОДИНОЧНЫЙ ТРОСОВЫЙ МОЛНИЕОТВОД

29

** – по РД 34.21.122-87
30

здания длиной L=9 метров, шириной S=6 метров и высотой hx=5,5

метра требованиям пожарной безопасности. Для защиты от прямых ударов молнии используется одиночный крышевой молниеотвод, расположенный в центре крыши здания, с молниеприемником типа МП-1 длиной Lм=5,5 метра. Предусмотренная надежность защиты равна 0,9.

Решение:
1) Определим высоту молниеотвода, сложив высоту здания и длину молниеприемника:

2) Исходя из предусмотренной надежности защиты здания, определим высоту защитного конуса и его радиус:
а) высота конуса

б) радиус конуса

3) Определим, вписывается ли контур
здания в защитный конус, для чего сначала
найдем половину длины диагонали вида
сверху контура здания:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОНЫ ЗАЩИТЫ
МОЛНИЕОТВОДОВ

31

больше половины длины диагонали вида сверху контура здания, следовательно, принятый

вариант молниезащиты соответствует требованиям пожарной безопасности.

4) Определим, радиус горизонтального сечения rx на высоте hx здания:

32

Зона типа Б ; р = 0,95
 
Исходя из предусмотренной надежности защиты здания, определим высоту защитного конуса и его радиус:

а) высота конуса: (м)

б) радиус конуса: (м)

(м) >5,41(м)

Зона типа А ; р = 0,995

Определим радиус горизонтального сечения rx на высоте hx здания:

 

S=6 метров и высотой hx=4 метра требованиям пожарной безопасности. Для

защиты от прямых ударов молнии используются одиночный тросовый молниеотвод высотой 5 метров (с учетом провеса) над поверхностью крыши, расположенный вдоль центральной линии крыши здания, с расстоянием между точками подвеса тросов на крыше a=10 метров. Предусмотренная надежность защиты равна 0,99.

защиты равной 3,8 метра, здание полностью вписывается в зону защиты

одиночного тросового молниеотвода и, следовательно, принятый вариант молниезащиты соответствует требованиям пожарной безопасности.

Решение:
1) Определим высоту молниеотвода, сложив высоту здания и высоту тросового молниеотвода над поверхностью крыши:

2) Исходя из предусмотренной надежности защиты здания, определим высоту защитного конуса и его радиус:
а) высота конуса

б) радиус конуса

3) Определим, полуширину rх зоны защиты требуемой надежности на высоте hx от поверхности земли:

33

защиты здания, определим высоту защитного конуса и его радиус:
а) высота

конуса:
(м)

б) радиус конуса: (м)

Определим радиус горизонтального сечения rx на высоте hx здания:


(м) >3(м)

защиты здания, определим высоту защитного конуса и его радиус:

а) высота

конуса: (м);

б) радиус конуса: (м).

Определим радиус горизонтального сечения rx на высоте hx здания:

молниеотводов:
1. Определение по справочнику Баратова (Корольченко) типа

вещества.
2. Определение класса зоны помещения или наружной установки по ПУЭ и 123 Федеральному закону.
3. Определение по таблице 1 и п. 1.1. РД 3421.122-87 (с. 4 и 5) типа зоны защиты и категории молниезащиты.
4. Выбор (определение по РД) вида молниеотвода: п.2.1 (с. 10); 2.11 (с. 16); 2.25 (с. 19);
5. Определение по РД места установки молниеотвода: п.1.6 (с. 8); 2.3 с. 12); 2.4 (с. 13); 2.5 (с. 14); 2.14 (с. 17).
6. Расчет высоты молниеотвода.
В первую очередь определяется по проекции вида сверху расстояние от основания одиночного стержневого молниеотвода до дальней точки здания. Это расстояние  должно быть равно rx - радиусу круга, представляющего сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hx одиночного стержневого и тросового молниеотводов.

34

в г. Новгороде: грунт имеет удельное сопротивление  =100

Ом∙м; размеры задания L = 100м; S =20м; hx = 10м

Решение.
1.1.Бензин – ЛВЖ, с tвсп = -370С.
1.2.Необходимость устройства молниезащиты.
Определить класс зоны здания, помещения (ПУЭ, гл.7.3; 7.4)
Насосная по перекачке бензина Б-70 относится к классу зоны В-Iа (2), т.к. взрывоопасная концентрация паров бензина может образоваться в результате аварии или неисправности технологического оборудования (ПУЭ, п.7.3.41).
1.3. Определить категорию молниезащиты (РД 3421.122-87, табл.1)
Для класса зоны В-Iа (2) категория молниезащиты II (II кат. для В-Iа (2), В-Iб, В-IIа (22) и В-Iг (2)), здание должно быть защищено в местности со средней продолжительностью гроз 10 часов в год и более.

рис. 2.5.13, ПУЭ).
Для этого рассчитать ожидаемое количество поражений молнией в

год в данной местности (г. Новгород)
= (L +6hх)(S +6hх)-7,7∙h2х] ∙n∙10-6,
где n- среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности в месте нахождения здания.
N=[(100+60)∙(20+60)-7,7∙102]∙4∙10-6= 0,048,
т.к. N<1, то тип зоны защиты – Б (табл.1, РД). Для чего по рис. 2.5.13, ПУЭ находим, что в г. Новгороде грозовая деятельность 4060 часов в год, что соответствует удельной плотности ударов молнии в землю n, 1/км2год=4 (стр.27, РД).

молниеотводов расстояние от них по воздуху и земле до защищаемого

объекта и вводимых в него подземных коммуникаций не нормируется (РД, п.2.14, стр. 17)
Допускается в качестве молниеприемника сетка из стальной проволоки d=6мм, шаг ячеек 6 x 6 м (п. 2.11, РД, стр. 16)
Т.к. в нашем случае здание протяженное, и из практики известно, что предпочтение отдается стержневым молниеотводам, и нормами расстояние не регламентируется, выбираем защиту здания двумя стержневыми молниеотводами, расположенными по оси здания на удалении от торцов внутрь здания – 10 метров.
Схема установки молниеотводов:

зоны одиночных стержневых молниеотводов и на высоте защищаемого здания hx

представляет круг радиусом rx, в нашем случае
rx=(rx)2+(S/2)2=100+100=14,1м

2)Рассчитываем параметры зоны защиты молниеотводов для зоны Б
(молниеотвод двойной стержневой).
 2.1. Определяем L – расстояние между молниеотводами
L=L-2∙r=100-2∙10=80м
2.2. Определяем высоту молниеотвода.
При известных hx и rx высота одиночного молниеотвода может быть определена (см РД п. 1.1. стр. 27) по формуле
h=(rx+1,63∙hx)/1,5 = (14,1+1,63∙10)/1,5=20,3м
При такой h выполняется условие hhc=ho-0,14∙(L–h)=18,7-0,14∙(80-20,3)=10,3 м;
ro=1,5∙h=1,5∙20,3=30,5 м;
rc=ro=30,5 м;

м;
hc=ho-0,14∙(L–h)=18,7-0,14∙(80-20,3)=10,3 м;
ro=1,5∙h=1,5∙20,3=30,5 м;
rc=ro=30,5 м;
rcx=ro∙ (hc – hx)/hc

= 30,5∙(10,3-10)/10,3=0,9 м (см. рис.п. 3.2 РД, стр 29)
Из полученного значения rcx=0,9м следует, что на высоте hx (высота здания) не вся ширина здания (S=20м) попадает в зону защиты молниеотвода. Увеличить rcx можно увеличением высоты молниеотвода h. Поиск оптимального значения h будем осуществлять методом последовательного приближения.
Увеличим h с 20,3м до 25,0м. Тогда
ho=h∙0,92=23м;
hc=ho-0,14∙(L-h)=23-0,14∙(80-25)=15,3м;
ro=1,5∙h=1,5∙25=37,5м;
и rcx= ro∙ (hc – hx) /hc = 37,5∙(15,3-10,0)/15,5 = 13м;
Это значение rcx превышает требуемое rcx=10м.

ho = 0,92 h = 0,92∙24 = 22,1м;

hc = ho-0,14 (L-h) = 22,1–0,14 (80-24)=14,3м;
ro=1,5h=1,5∙24=26м;
rcx=ro(hcx-hx)/hc=36(14,3-10)/14,3=10,8м. На этом значении rcx (при высоте h=24м) вполне можно остановиться, т.к. значение rcx=10,8м перекрывает ширину здания.

3)Построение зоны защиты типа Б в масштабе на миллиметровке :
В выбранном масштабе в 3х проекциях строим зону защиты двойного стержневого молниеотвода (см. рис. п 3.2 РД, стр 29). После построения расставить все размеры.

4) Выбираем элементы молниеотвода (перечисленные в РД, стр. 24, п.4).
  а) опоры стержневого молниеотвода выполняют из железоботона, стали любой марки или дерева (РД, пп 3.1; 3.2, стр 23);

из стали любой марки сечением  100 мм2, длиной 200

мм и защищены от коррозии оцинкованием, лужением или краской;
в) токоотводы (РД, п 3.5, табл 3, стр 13) выбираем круглые из стальной проволоки d=6мм и для защиты от коррозии окрашиваем или используем оцинкованную проволоку;

5)Описание молниезащиты здания от вторичных проявлений молнии.
По II категории
- от электростатической индукции защита обеспечивается присоединением всего оборудования и аппаратов, находящихся в зданиях, сооружениях и установках, к защитному заземлению электрооборудования (РД, п. 2.20а стр 18)
от электромагнитной индукции внутри зданий и сооружений между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их взаимного сближения на расстояние < 10 см через каждые 30м следует приваривать (припаивать) перемычки стальной проволокой d  5мм или стальной лентой S  24мм2, а для кабелей с металлическими оболочками и броней перемычки из гибкого медного проводника (РД, п. 2.20 б, стр 18).

2.23; 2.24)
Наземные, надземные и подземные коммуникации: а) на вводе в

здание присоединяются к заземлителю электроустановок или защиты от прямых ударов молнии; а на ближайшей к вводу опоре коммуникации при защите от заноса высокого потенциала по внешним наземным (надземным) коммуникациям присоединяются к ее железобетонному фундаменту; при невозможности использования фундамента должен быть установлен искусственный заземлитель
 
ввод в здание:
а) воздушных линий электропередач до 1кв;
б) сетей телефонов;
в) радио и сигнализации
 
По II категории (РД, п 2.10, стр 15) должен осуществляться только кабелями длиной  50м с металлической броней или оболочкой или кабелями, проложенными в металлических трубах, которые на вводе в здание присоединяются к его железобетонному фундаменту или искусственному заземлению, указанному в п. 2.2г.

расположено в Ленинградской области с сопротивлением грунта ρ=50 Ом·м. Рассчитать

высоту молниеотвода.

1) Класс помещения В-I, ПУЭ п.7.3.40 (с. 550) (Ацетилен, Баратов, том 1, с. 149, горючий и взрывоопасный газ)
2) По табл. 1 РД требуется защита на всей территории РФ, тип зоны защиты А, категория I (с. 5).
3) По п. 2.1 (с. 10,11) РД молниезащита должна выполняться отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами (см рис. 1 и рис. 2, РД). При этом обеспечивается удаление элементов молниеотвода от объекта и коммуникации согласно пп 2.3; 2.4; 2.5 РД.
4) В соответствии с п 2.3 РД (с. 12) при ρ  1000 ом·м SВ=3м, где SВ – расстояние молниеотвода от здания.

= 30,5м
Из rx=(1,1-0,002∙h)(h-hx/0,85) после подстановки известных hx и rx имеем:
0,002h2 – 1,124∙h + 43,5 = 0

h1,2 = =>

h1(+) = 520м
h2(-) = 42м принимаем за h
ho=0,85∙h=0,85∙42=35,7м
ro=(1,1-0,002∙h)∙h=(1,1-0,002∙42)∙42=42,7м

после подстановки известных hx и Rx имеем:
0,0025∙h2-1,38∙h+26,3=0
Это квадратное

уравнение. Его корни:

h1,2=

h1(+) = 532м - отбрасываем как нереальное для нас значение.
h2(-) =20 принимаем за h.
ho=0,85∙h=0,85∙20=17м
ro=(1,35-0,0025∙h)∙h=(1,35-0,0025∙20) ∙20=26м
h on=h+2=20+2=22м

основные положения и требования инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений

и промышленных коммуникаций РД 34.21.122-87 и СО-153-34.21.122-2003

35