Проектирование электроснабжения объектов горно-обогатительных предприятий - Молниезащитные устройства

1. МОЛНИЕЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И КОНСТРУКЦИИ МОЛНИЕОТВОДОВ

Молниезащита категории 1
Здания и сооружения должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами или изолированными молниеотводами, устанавливаемыми на защищаемом сооружении. Эти молниеотводы должны обеспечивать зону защиты типа А.
Зона защиты молниеотвода — это часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5 % и выше, а зона защиты типа Б — 95 % и выше. Наименьшей и постоянной по величине степенью надежности обладает поверхность зоны защиты, и по мере продвижения внутрь зоны надежность защиты увеличивается. При проектировании молниезащитных устройств зоны защиты А и Б для одиночных, двойных, многократных, стержневых и тросовых молниеотводов следует определять по методике и формулам, приведенным в СН 305—77. Элементы молниеотводов должны быть удалены от защищаемых сооружений и подземных металлических коммуникаций на расстояния, определяемые по кривым, приведенным в СН 305—77 в зависимости от сопротивления заземления Rи. Расстояние S3 (м) от подземных металлических коммуникаций или кабелей любого назначения, введенных в здание, до заземлителей защиты от прямых ударов молнии определяют по формулам для молниеотводов:

где Rи — импульсное сопротивление каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии (но не более 10 Ом); S3 должно быть >3 м.
Если на здании или сооружении установлены газоотводные или дыхательные трубы, не оборудованные колпаками или гусаками для отвода взрывоопасных смесей, в зону защиты молниеотводов должно входить пространство над трубами, ограниченное цилиндром высотой Н =40 d (d — диаметр трубы) и радиусом R = 0,15 Н. При выбросе из труб газов невзрывоопасной концентрации требование о включении в зону защиты молниеотводов пространства над трубами необязательно.
Защиту от электростатической индукции в зданиях и сооружениях следует выполнять путем присоединения металлических корпусов всего оборудования, аппаратов и металлических конструкций к специальному заземлителю или защитному заземлению электрооборудования. Общее сопротивление растеканию тока промышленной частоты специального заземлителя должно быть <10 Ом. Защиту от электромагнитной индукции следует выполнять привариванием или припаиванием перемычек между трубопроводами и другими протяженными металлическими предметами в местах их взаимного сближения на расстояние 10 см и менее через каждые 20 м. При этом переходное электрическое сопротивление контакта при соединении между собой элементов трубопроводов и других металлических предметов должно быть <0,03 Ом на один контакт. Ввод в здание электрических сетей напряжением 0,4/0,23 кВ, сетей телефонных, радио и сигнализации должен осуществляться только кабелями.
Молниезащита категории II
Здания и сооружения должны быть защищены от прямых ударов молнии следующими типами молниеотводов.
1. Отдельно стоящими или установленными на зданиях неизолированными стержневыми или тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зоны защиты в соответствии с табл. 26, а также зоны защиты над газоотводными или дыхательными трубами, установленными на зданиях или сооружениях, и расчетами по определению зон молниезащиты, приведенными в СН 305—77. При установке на здании или сооружении стержневого или тросового молниеотвода, от каждой их стойки должно быть проложено не менее двух токоотводов.

1. Путем наложения молниеприемной сетки на неметаллическую кровлю или использования в качестве молниеприемника металлической кровли здания или сооружения с обеспечением зоны защиты над газоотводными или дыхательными трубами, установленными на зданиях или сооружениях. Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной проволоки диаметром 6 мм с площадью ячейки 36 м2 (например, 6x6 м) и уложена на кровлю непосредственно или под слой негорючих утеплителей; узлы сетки должны быть соединены сваркой. Части здания, возвышающиеся над кровлей, должны быть защищены от прямых ударов молнии: металлические путем соединения с металлической сеткой или кровлей, а неметаллические — дополнительными молниеприемниками. Токоотводы, соединяющие молниеприемную сетку или металл кровли, должны быть проложены не реже чем через каждые 25 м по периметру здания или сооружения, при этом:

расстояние от отдельно стоящих молниеотводов до зданий (сооружений) и до подземных коммуникаций не нормируется; величина импульсного сопротивления каждого заземлителя от прямых ударов молнии должна быть < 10 Ом, в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом-м и выше <40 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением

1. 500 Ом-м в качестве заземлителей можно использовать фундаменты зданий и сооружений;

заземлители защиты от прямых ударов молнии можно объединять с заземлителями электрооборудования и защиты от электростатической индукции;
во всех случаях в качестве токоотводов можно использовать металлические конструкции: колонны, фермы, лестницы, арматуру железобетонных конструкций и т.п., при этом необходимо обеспечить непрерывную электрическую связь всех конструкций, как правило, сваркой.
Для выравнивания потенциала внутри зданий и сооружений шириной >100 м выполняется заземлитель, состоящий из протяженных горизонтальных стальных электродов сечением >100 мм2, укладываемых на глубине >0,5 м не реже чем через 60 м по ширине здания. Заземляющие электроды должны быть присоединены (с двух сторон по торцам здания) к металлическим фермам, наружному контуру зазёмления, арматуре железобетонных фундаментов здания. Если используется арматура железобетонных фундаментов внутрицеховых колонн, имеющая непрерывную электрическую связь с молниеприемниками,
то устройство дополнительных заземлителей для выравнивания потенциала внутри здания не требуется.
Ниже приведен расчет для проверки необходимости прокладки выравнивающих проводников вокруг объекта (здания цеха). Для расчета может быть использована формула
(51)
При этом рекомендуется следующий порядок расчета.
1. Определяем сопротивление растеканию тока фундамента рассматриваемого цеха
(52)
Принимаем условно длину цеха 100 м, ширину 40 м и Рэ = 100 Ом-м. Тогда

1. Пренебрегая падением напряжения на участке, например от заземлителя ГПП до цеха, определяем ток, протекающий через фундамент цеха. Условно принимаем напряжение на заземляющем устройстве U3 — 6 000 В. Тогда

1. Определяем допустимый ток. Для этого условно принимаем

Так как расчетный ток больше допустимого (7,6 > 3,86), то необходимо проложить выравнивающий проводник вокруг здания.
Обращаем внимание, что при наличии асфальтовых отмосток вокруг зданий прокладка выравнивающих проводников не требуется при любых значениях тока к.з.
Защита от электростатической индукции обеспечивается присоединением всего оборудования и аппаратов, находящихся в зданиях, сооружениях и установках, к защитному заземлению электрооборудования.
Защиту от электромагнитной индукции выполняют аналогично описанной выше для молниезащиты категории I. При этом установка перемычек в местах соединений металлических трубопроводов и других
протяженных конструкций не требуется. Для защиты от заноса высоких потенциалов по подземным коммуникациям их необходимо при вводе в защищаемое здание или сооружение присоединить к любому из заземлителей, а внешние наземные металлические конструкции и коммуникации присоединить к заземлителю с импульсным сопротивлением

1. 10 Ом. Ввод в здание сетей напряжением 0,38/0,22 кВ телефонных, радио и сигнализации должен осуществляться только кабелем.

Молниезащита категории III
Защиту от прямых ударов молнии зданий и сооружений следует выполнять аналогично молниезащите категории II. При этом молниеприемная сетка, укладываемая на кровле, должна иметь ячейки площадью <150 м2 (12x12 м), а величина импульсного сопротивления каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии должна быть <20 Ом, в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом-м и выше — <40 Ом.
Указания по молниезащите наружных взрывоопасных установок, резервуаров, емкостей и труб для категории молниезащиты II и III приведены в СН 305-77.
Для защиты от заноса высоких потенциалов внешних наземных металлических конструкций и коммуникаций необходимо на вводе в здание или сооружение присоединять их к заземлителю с импульсным сопротивлением < 20 Ом или к заземлителю защиты от прямых ударов молнии, либо к защитному заземлению электрооборудования.

Конструкция молниеотводов

К основным элементам конструкций молниеотводов относятся следующие.

1. Опоры стержневых и тросовых молниеотводов, выполняемые из стали любой марки, железобетона и дерева.
2. Молниеприемники, изготавливаемые из стали или другого металла любых марок различного профиля, сечением > 100 мм2 и длиной >200 мм с предохранением от коррозии оцинкованием, лужением или покраской, а также металлические конструкции (трубы, кровля, сетка и пр.).
3. Токоотводы для соединения молниеприемников с заземлителями, которые выполняются из стали размерами не менее приведенных в табл. 27.

В качестве токоотводов допускается использовать металлические конструкции: продольную арматуру железобетонных колонн и опор, лестницы, трубы.
Соединения токоотводов должны быть сварными: болтовые соединения допускаются в виде исключения для токоотводов зданий и сооружений категории III.

4. Заземлители, которые по расположению в грунте и форме электродов делятся на:
углубленные из полосовой или круглой стали, укладываемые на дно котлована по периметру фундаментов (могут быть использованы железобетонные сваи, подложники или другие виды железобетонных фундаментов);
вертикальные из стальных вертикально ввинчиваемых стержней из круглой стали длиной 4,5 — 5 м или забиваемых электродов из угловой стали длиной 2,5 — 3 м с заглублением верхнего конца на 0,6—0,7 м от поверхности земли;
горизонтальные из круглой или полосовой стали, уложенные на глубине 0,6—0,8 м от поверхности земли;
комбинированные — вертикальные и горизонтальные, объединенные в общую систему.
Тип заземлителя выбирают исходя из удельного сопротивления грунта требуемой величины импульсного сопротивления.
Для заземлителей защиты от прямых ударов молнии
(53)
где R — величина импульсного сопротивления; R ∼; — предельно допустимое сопротивление растеканию тока промышленной частоты; а — коэффициент импульса, зависящий от величины тока молнии, удельного сопротивления грунта и конструкции заземлителя.
Целесообразно применять заземлители, для которых а < 1. Предельные длины /пр горизонтальных заземлителей, гарантирующих это условие, а также значения коэффициента импульса приведены ниже:

Данные в числителе относятся к комбинированным заземлителям, в знаменателе — к вертикальным.
Все соединения заземлителей между собой и с токоотводами производятся сваркой.
Типовые конструкции заземлителей приведены в СН 305—77.
Ниже даны примеры определения габаритов зон защиты для различных типов молниеотводов.

Рис. 36. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода
1. Для одиночного стержневого молниеотвода высотой h < 150 м (рис. 36) зона защиты представляет собой круговой конус, вершина которого находится на высоте hQ < h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом rQ. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hх представляет собой круг радиусом гх.
Габариты зон защиты:

Зона А

Рис. 37. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
Высота одиночного стержневого молниеотвода при известных h и гх для зоны Б
(59)
2. Для двойного стержневого молниеотвода (рис. 37) одинаковой высоты h < 150 м торцевые области зоны защиты и их габариты hQ ; г0; г ; гх2 определяют так же, как приведено выше для одиночных молниеотводов.
Габариты зоны защиты:
Зона А
Зона А существует при L < 3/7.
Зона Б
(61)
Зона Б существует при L <5/h.
При известных hС и L (при гС X =0) высота молниеотвода для

зоны Б
(62)
При расстоянии между молниеотводами L >5h они рассматриваются как одиночные.
В СН 305—77 рассмотрены также случаи определения зон защиты молниеотводов двух стержневых разной высоты; многократных стержневых равной высоты; одиночных и двойных тросовых.