Расчет молниезащиты поверхностной газоотсасывающей установки
1. Конструкция молниеотводов
Пример выполнения молниезащиты поверхностной ГОУ показан на рисунке 14.1.
Рисунок 14.1 - Устройство молниезащиты газоотсасывающей установки
Конструкция искусственного заземлителя должна быть выполнена не менее чем из трех стальных труб диаметром 32-56 мм с толщиной стенки не менее 2,5 мм или из уголка № 4 (40x40 мм) с толщиной полки не менее 4 мм. Расстояние между вертикальными электродами не менее 6 м. На глубине не менее 0,5 м от уровня земли концы забитых электродов заземлителя должны быть соединены горизонтальной стальной полосой шириной 40 мм и толщиной 4 мм с помощью сварки. Для защиты от перекрытий в грунте и от скользящих разрядов по поверхности грунта, к этому соединительному горизонтальному электроду должен быть присоединен горизонтальный стальной луч из полосы таких же размеров, длиной не менее 3 м в противоположном направлении от защищаемого объекта, его коммуникаций и зон взрывоопасности.
Опоры молниеотводов могут быть выполнены из стальных труб, допускается изготовление из некондиционных стальных труб, и железобетонных пасынков. При высоте молниеотводов более 20 м рекомендуется использовать типовые конструкции отдельно стоящих молниеотводов, например: железобетонных марки МЖ, стальных марки МС, стальных мачтовых конструкций с тросовым молниеотводом марки ПТМТ или ПМС.
Металлические части опор должны быть предохранены от коррозии на весь период эксплуатации.
Опоры стержневых молниеотводов необходимо рассчитывать на механическую прочность, как свободно стоящую конструкцию, а тросовые - с учетом натяжения троса, на ветровую и гололедную нагрузки на трос, без учёта динамических усилий от токов молнии.
У стержневых молниеотводов на верхнем конце устанавливается молниеприемник - стержень длиной от 0,2 м до 1,5 м. Стержень может быть выполнен из круглой, квадратной или шестигранной стали сечением не менее 100 мм2 или из стальной трубы, толщина стенок которой должна обеспечивать сечение не менее 100 мм2. Конец трубчатого молниеприемника должен быть расплющен.
Лакокрасочное или битумное покрытие заземляющих электродов не допускается. Железобетонные фундаменты опор молниеотводов следует, как правило, использовать в качестве заземлителей молниезащиты при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к токоотводу и искусственному заземлителю.
В зависимости от конструкции колпаков, установленных на обрезе трубы сброса, факелы метановоздушной смеси имеют различные формы и габаритные размеры.
Для трубы сброса, у которой на обрезе отсутствует колпак или имеется колпак конструкции, указанной на рисунке 14.2а, форма факела взрывоопасной зоны - круглый усеченный конус с радиусом у основания (обрез трубы) 5 м, у вершины - 2 м, высотой 10 м.
Для трубы сброса, имеющей на обрезе колпак конструкции, указанной на рисунке 14.2б, форма факела взрывоопасной зоны - круглый прямой цилиндр радиусом 5 м от оси трубы, высотой 7 м.
Для трубы сброса, имеющей на обрезе колпак конструкции, указанной на рисунке 14.2, а также для трубы самотечного отвода метановоздушной смеси без колпака и с колпаком любой конструкции («свеча»), форма факела взрывоопасной зоны - полушарие с радиусом 5 м от оси трубы.
При использовании оттяжек для усиления механической устойчивости опор молниеотводов должны быть выдержаны расстояния по воздуху Sв не менее 5 м между оттяжками и элементами конструкции установки и зоной взрывоопасности.
Для предупреждения возникновения искровых разрядов на обрезе труб сброса, не оборудованных колпаками, необходимо устанавливать металлический экран. Экран может быть выполнен в виде тора из стальной трубы наружным диаметром не менее 200 мм. Экран соединяется с выхлопной трубой сваркой. Примеры установки экрана приведены на рисунке 14.3.
Рисунок 14.2 - Конструкции колпаков
Рисунок 14.3 - Тороидальный экран на обрезе трубы сброса
2. Расчет зон защиты молниеотводов
В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов. Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь типовыми зонами защиты стержневых и тросовых молниеотводов. Минимально допустимый уровень надежности молниезащиты от прямых ударов молнии устанавливается Рз = 0,999.
2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода
Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h0 < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рисунок 14.4). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h0 и радиусом конуса на уровне земли r0.
Для зоны защиты требуемой надежности (рисунок 14.4) радиус горизонтального сечения rx на высоте hx определяется по формуле
-
|
|
(14.1)
|
Рисунок 14.4 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
Зоны защиты несущих опор рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в таблице 1.
Таблица 14.1 - Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода
Надежность защиты Рз
|
Высота молниеотвода h, м
|
Высота конуса h0, м
|
Радиус конуса r0, м
|
0,999
|
От 0 до 30
|
0,7h
|
0,6h
|
От 30 до 100
|
[0,7-7,1410-4(h-30)]h
|
[0,6-1,4310-3(h-30)]h
|
2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода
Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h0 < h и основанием на уровне земли 2r0 (рисунок 14.5).
Рисунок 14.5 - Зона защиты одиночного тросового молниеотвода
L - расстояние между точками подвеса тросов
В приведенных в таблице 14.2 формулах расчета зоны защиты одиночного тросового молниеотвода под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).
Полуширина rх зоны защиты требуемой надежности (рисунок 5) на высоте h x от поверхности земли определяется выражением
-
|
|
(14.2)
|
При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в таблице 14.1.
Таблица 14.2 - Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода
Надежность защиты рз
|
Высота молниеотвода h, м
|
Высота конуса h0, м
|
Радиус конуса r0, м
|
0,999
|
От 0 до 30
|
0,75h
|
0,7h
|
От 30 до 100
|
[0,75-4,2810-4(h-30)]h
|
[0,7-1,4310-3(h-30)]h
|
2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рисунке 14.6. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h0, r0) производится по формулам таблицы 1 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hc, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L Lc граница зоны не имеет провеса (hc = h0). Для расстояний Lc L Lmax высота hc определяется по выражению
Рисунок 14.6 - Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
-
|
|
(14.3)
|
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам таблицы 14.3.
Таблица 14.3 - Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
Надежность защиты Рз
|
Высота молниеотвода h, м
|
Lmax, м
|
L0, м
|
0,999
|
От 0 до 30
|
4,25h
|
2,25h
|
От 30 до 100
|
[4,25-3,5710-3(h-30)]h
|
[2,25-0,01007 (h-30)]h
|
Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам:
максимальная полуширина зоны rх в горизонтальном сечении на высоте hx:
-
|
|
(14.4)
|
Длина горизонтального сечения Lx на высоте hx hc
-
|
|
(14.5)
|
причем при hx < hc Lx = L/2;
ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2rcx на высоте hx hc:
-
|
|
(14.6)
|
2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между тросами L не превышает предельной величины Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) представлена на рисунке 14.7. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h0, r0) производится по формулам таблице 14.2 для одиночных тросовых молниеотводов.
Рисунок 14.7 - Зона защиты двойного тросового молниеотвода
Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hc, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между тросами. При расстоянии между тросами L Lc граница зоны не имеет провеса (hc = h0). Для расстояний Lc L Lmax высота hc определяется по выражению
-
|
|
(14.7)
|
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам таблицы 14.4.
Таблица 14.4 - Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Надежность защиты Рз
|
Высота молниеотвода h, м
|
Lmax, м
|
Lc, м
|
0,999
|
от 0 до 30
|
4,75h
|
2,25h
|
от 30 до 100
|
[4,75-3,5710-3(h-30)]h
|
[2,25-3,5710-3(h-30)]h
|
Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте hx определяется по формулам
-
Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше Lmax, вычисленного по формулам таблице 14.3. В противном случае опоры должны рассматриваться как одиночные стержневые молниеотводы.
Когда тросы не параллельны или разновысоки, либо их высота изменяется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Также рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, чтобы избежать излишних запасов по надежности защиты.
После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомендуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов. 
|
при 0 < hc < hx
