Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) складское помещение, в котором хранятся твердые и волокнистые горючие вещества, относится к классу П-На. К пожароопасным помещениям класса П-IIa необходимо и отнести сараи, в которых в течение летнего и осеннего периода сосредоточивается зимний запас кормов для скота (сена, комбикормов, ячменя и т. д.). Эти строения по устройству молниезащиты должны быть отнесены к III категории. На рис. 2 изображен единичный стержневой молниеотвод, состоящий из молниеприемника, молниеотвода и заземлителя. Эти элементы присущи любой конструкции молниеотвода.
Степень защищенности от прямых ударов молнии определяется размерами зоны защиты.
Так, зона защиты типа «А» обладает меньшими размерами, но обеспечивает степень надежности 99,5 %, в то время как зона «Б», обладая большими размерами, обеспечивает степень надежности только на 95 % Размеры зоны защиты, образуемые молниеотводами, определяются формулами:
Для расчета молниезащиты построек на приусадебном участке с помощью одиночного молниеотвода ниже приведена таблица основных его параметров, вычисленных по приведенным формулам.
Рис. 2.Единичный стержневой молниеотвод:
1 — молниеприемник; 2 — молниеотвод; 3 — заземлитель
Здания II категории, к которым относится и гараж, если в нем производятся ремонтные работы, не предусмотренные правилами пожарной безопасности, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов по коммуникациям.
Имеется обобщенный показатель — среднее число ударов молнии в год (n) на 1 км2 поверхности земли, зависящий от интенсивности грозовой деятельности (табл. 1).
Используя значения п, можно определить вероятное число ударов молнии в год N в конкретное здание и сооружение, не имеющее молниезащиты. И в зависимости от величины N и огнестойкости строения произвести выбор типа молниезащиты.
Для строения III, IV и V степени огнестойкости при N> 2 — защита типа «А», а при N< 2 — типа «Б».
Пример 2. На рис. 3 представлена часть плана приусадебного участка, на котором нанесено два строения, одно из которых — жилой дом, совмещенный с хозяйственными службами (в постройках старого типа именуемый «двором»), где содержатся куры, скотина, а также хранятся сухие корма, сено и дрова — строение 1.
Рис. 3.Определение типа защитной зоны и параметров для графического расчета стержневого молниеотвода
Другим строением является жилой дом — строение 2. Дома деревянные V степени огнестойкости. Размеры домов и их взаимное расположение представлены на рис. 3. Застройка — Курская область.
Требуется определить место расположения и высоту одиночного стержневого молниеотвода, обеспечивающих защиту этих строений.
Решение. Строение 1 относится к III категории. Тип зоны защиты зависит от показателя N.
По карте рис. 1 определяем среднегодовую продолжительность гроз в Курской области, которая составляет от 80 до 100 час. По табл. 1 определяем среднее число ударов молнии в год на 1 км2 поверхности земли, которое равно 12. Расчетные данные по строению 1 следующие:
n = 12, S = 8 м, L = 11 м, Н = 7 м (Н, S и L взяты из рис. 3).
N = (8 + 6∙7)∙(11 + 6∙7)∙12/1000000 = 50∙52∙12/1000000 = 0,03.
Следовательно, принимается защитная зона типа «Б».
Для строения 2 такого расчета производить не требуется, так как в строении отсутствуют пожароопасные помещения.
Для строения 2, как для жилого дома, принимается защитная зона типа «Б». Выбираем место для возведения молниеотвода. Оно должно удовлетворять следующим требованиям: при минимальной высоте молниеотвода в зоне его защиты должно находиться максимальное число приусадебных построек, место расположения молниеотвода должно быть труднодоступным (например, защищено посадкой кустарников и находиться от строения не ближе 5 метров) В том случае если молниеотвод или какая-либо деталь молниеотвода (например, оттяжка) будет находиться ближе 5 метров от зданий III, IV и V степени огнестойкости, необходимо напротив нее на здании проложить токоотвод и присоединить его под землей к заземлителю.
Для выбора места возведения молниеотвода целесообразно вычертить в масштабе план участка (подобно рис. 3), на котором будут указаны размеры зданий, в том числе и их высота, с учетом выступающих над крышей дымовых труб и антенн.
Место возведения молниеотвода определяется методом проб. Для этого необходимо проработать не менее трех вариантов и выбрать из них лучший — имеющий минимальную высоту при максимальной защите приусадебных построек.
Для иллюстрации расчетов, связанных с выбором места возведения молниеотвода и определением его высоты, продолжим решение примера 2.
На рис. 3 показано расположение молниеотвода по отношению к строениям 1 и 2.
Наиболее высокой и наиболее удаленной от молниеотвода точкой строения 1 является точка А, принадлежащая антенне. Ее высота составляет Н = 7,0 м, при удалении от молниеотвода на L = 16,0 м. Наиболее высокой и наиболее удаленной от молниеотвода точкой строения 2, также принадлежащей антенне, является точка Б. Ее высота составляет Н = 10,6 м при удалении от молниеотвода на расстояние L = 12 м. Как было сказано выше, единичный молниествол образует зону защиты в виде конуса, за пределы которого части строения не должны выступать. По мере увеличения высоты молниеотвода размеры конуса увеличиваются и задача определения высоты молниеотвода — это подобрать такие размеры защитного конуса, при которых даже самые высокие и удаленные точки строения не выходили бы за его пределы.
Учитывая, что размеры молниеотвода будут получены путем графических построений, точность которых зависит от масштаба и качества чертежа, наиболее целесообразно его выполнять на миллиметровой бумаге (миллиметровке) в масштабе не менее 1 метр натуры в 1 сантиметре чертежа.
Чертеж необходимо начать с построения графика параметров молниеотводов в соответствии с табл. 2, для чего по горизонтальной оси в выбранном масштабе отложить значения R0, а по вертикальной — Н0.
Отложенные точки попарно соединить прямыми линиями, как это показано на рис. 4. В том же масштабе отложить координаты точек А и Б. Определить размеры R0 и Н0 конуса, за пределы которого точки А и Б не выходят. По величине Н0 (по табл.2) определить Н. Точки А и Б находятся внутри конуса, Н0 которого равно 18,4 м, что соответствует полной высоте молниеотвода по табл. 2 (Н = 20 м).
Рис. 4..Графическое определение высоты единичного стержневого молниеотвода
В строениях с металлической крышей она же является и молниеприемником, поэтому соединена с заземлителем. Этот вид молниезащиты, как правило, рассчитан на защиту конкретного строения. Заземляющее устройство не зависит от формы и размеров молниеприемника, и при расчете первого в случае использования металлической крыши в качестве молниеприемника можно воспользоваться сведениями, приведенные выше (одиночный стержневой молниеотвод).
Прежде чем приступить к расчету заземляющего устройства с достаточно малым сопротивлением, необходимо ознакомиться со свойствами земли и условиями, при которых между электродами заземления и землей может образоваться электрическое соединение с малым переходным сопротивлением. Электрофизические свойства земли, в которых находится заземлитель, определяются ее удельным сопротивлением р. За удельное сопротивление земли принимается сопротивление земли между противоположными плоскостями куба с ребрами в 1 м.
Как было сказано, наша страна располагается в семи климатических поясах, температура и влажность в которых разнятся в широких пределах. Для проектирования жилых зданий территория России по физико-географическим признакам разделяется на четыре района. На рис. 5 представлена карта России (со странами СНГ), на которой обозначены границы этих районов. Однако свойства земли (грунта) со сменой времен года будут меняться даже в пределах одного района. При расчетах этот факт учитывается в сезонном коэффициенте Кс.
Рис. 5.Карта схематического районирования территории России и стран СНГ по физико-географическим признакам
Удельное сопротивление грунта измеряется при средней влажности и положительной температуре в Ом∙метрах или Ом∙сантиметрах (1 Ом∙метр = 100 Ом∙сантиметрам).
Сезонный коэффициент Кс всегда больше единицы и призван компенсировать сезонное увеличение удельного сопротивления грунта.
Удельные сопротивления грунтов р и значения сезонных коэффициентов Кс приведены в таблицах 3 и 4.
Приведенные в таблице 3 данные относятся к грунтам, влажность которых — 10–20 % к их весу. Но грунт не однороден. Верхняя часть грунта на глубину около метра более подвержена намоканию, высыханию и промораживанию, что значительно изменяет удельное сопротивление верхней части грунта. Слои грунта, лежащие ниже уровня промерзания, имеют более стабильные показатели по влажности и температуре. Заземлители могут быть выполнены в виде вертикальных электродов или электродов в виде горизонтальных полос. Для того чтобы расположить электроды в более влажных и непромерзающих слоях грунта, их заглубляют так, чтобы верхняя часть вертикальных электродов находилась на глубине 0,7–1,0 м, а горизонтальные — полностью находились на этой глубине.
Верхний пахотный слой земли на приусадебном участке — это одна из самых больших ценностей крестьянского двора. Слой чернозема наращивается трудом нескольких поколений и именно слой чернозема имеет решающее значение в получении урожая. Раскрытие и прокладка коммуникаций в крестьянском дворе, как правило, производится под дорогами, так как рытье канав связано с перемешиванием грунта, а следовательно, и потерей плодородного слоя. Заземлители молниеотводов, во избежание шагового поражения людей, должны располагаться в стороне от пешеходных дорожек, а