Презентация Молниезащита. (Лекция 9) онлайн

Содержание слайда:

Содержание слайда: Природа молнии Молния - это мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации облаков или туч между собой или между тучей и землей.

Содержание слайда: Как происходит образование заряда в грозовом облаке? Мельчайшие кристаллы льда устремляются с восходящими потоками воздуха в верхнюю часть облака, развивая скорость до 150 километров в час и многократно соударяясь с другими кристаллами. При этих столкновениях мелкие кристаллы льда теряют электроны и приобретают положительный заряд. В то же время более тяжелые частицы льда приобретают отрицательный заряд и опускаются в нижнюю часть облака. Таким образом создается разделение зарядов с разностью потенциалов в миллионы вольт, которая и является причиной молний.

Содержание слайда: Фотографии молнии

Содержание слайда: Разряд молнии на территории ПС

Содержание слайда: Процесс развития наземной молнии На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

Содержание слайда: Процесс развития наземной молнии По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода. В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~100000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.

Содержание слайда: Отдельные стадии развития обратного разряда и изменение во времени тока молнии А - начальная стадия лидерного разряда; Б - последняя стадия лидерного разряда; В - возникновение зоны интенсивной ионизации вблизи поверхности земли; Г - промежуточная стадия развития обратного разряда; Д - заключительная стадия развития обратного разряда; 1 - канал лидера; 2 - зона перестройки канала; 3 - канал обратного разряда.

Содержание слайда: Воздействие ударов молнии Воздействия молнии принято подразделять на две основные группы: первичные, вызванные прямым ударом молнии; вторичные, индуцированные близкими ее разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуникациями.

Содержание слайда: Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект: - электрические, связанные с поражением людей или животных электрическим током и появлением перенапряжении на пораженных элементах. термические, связанные с резким выделением теплоты при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии. механические, обусловленные ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии.

Содержание слайда: Вторичные проявления молнии Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнитного поля близких разрядов. Обычно это поле рассматривают в виде двух составляющих: - первая (электростатическая) обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии, - вторая (электромагнитная) - изменением тока молнии во времени. Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения, возникающего на металлических конструкциях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления заземлителя. Электромагнитная индукция связана с образованием в металлических контурах ЭДС, пропорциональной крутизне тока молнии и площади, охватываемой контуром.

Содержание слайда: Нормативные документы по молниезащите Правила устройства электроустановок (ПУЭ); РД 34.21.122-87 Инструкция по молниезащите зданий и сооружений; CO 153-343.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций; РД 153-34.3-35.125-99 Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений; ГОСТ Р 50571.19-2000 Электроустановки зданий Часть 4 Требования по обеспечению безопасности Глава 44 Защита от перенапряжений Раздел 443 Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Содержание слайда: Комплекс средств молниезащиты Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитиая система (МЗС)) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС). Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью. Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта.

Содержание слайда: Внешняя молниезащитная система (МЗС) Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей: 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.

Содержание слайда: Внешняя молниезащитная система

Содержание слайда: Молниеприемники: искусственные и естественные Искусственные молниеприемники – это специально установленные, в том числе и на объекте, молниеприемники. Естественные молниеприемники: а) металлические кровли и металлические конструкции крыши в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т.п., г) технологические металлические трубы и резервуары, Естественный молниеприемник должен соответствовать определенным требованиям по толщине, сечению металла и проплавление или прожог этого металла не должен привести к опасным или недопустимым последствиям;

Содержание слайда: Классификация молниеотводов по типу молниеприемников Молниеотводы разделяют на стержневые, тросовые и сетки. Стержневые молниеотводы представляют собой вертикальные стержни (мачты), установленные на заземленных конструкциях объекта (сооружения) или рядом с ним и соединенные с заземлителем. Тросовые молниеотводы имеют молниеприемник в виде горизонтально подвешенных тросов, соединенные с заземлителем через токоотводы. Сетки состоят из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений.

Содержание слайда: Расположение токоотводов В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей: а) ток растекался по нескольким параллельным путям; б) длина этих путей была ограничена до минимума. Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий. Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

Содержание слайда: Заземлители Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов. Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки. Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения.

Содержание слайда: Основные характеристики разряда молнии в расчетах грозозащиты При отрицательном ударе молнии вслед за главным разрядом обычно наблюдаются повторные разряды по тому же каналу. В отдельных случаях наблюдалось до тридцати и более повторных разрядов в одном ударе молнии, однако 50% ударов содержит не более двух-трех импульсов. Положительные удары молнии, составляющие в среднем 10%, бывают, как правило, однократные.

Содержание слайда: Характерные осциллограммы импульсов тока первой (1) и последующих (2) составляющих многократного разряда молнии отрицательной полярности в двух масштабах времени.

Содержание слайда: Форма волны тока молнии Импульс с формой волны 10/350мкс соответствует импульсу тока при прямом ударе молнии (ПУМ) в систему молниезащиты здания или в воздушную линию (десятки-сотни килоампер). Импульс с формой волны 8/20мкс соответствует импульсу тока, наведенному в металлических конструкциях объекта или в линии электропередач при межоблачных разрядах или при удаленном ударе молнии (десятки-сотни килоампер). Импульс с формой волны 1,2/50мкс соответствует остаточным перенапряжениям и может достигать амплитуды в десятки килоампер.

Содержание слайда: Логнормальный закон распределения амплитуд тока молнии

Содержание слайда: Интенсивность грозовой деятельности Наиболее информативной для расчета грозопоражаемости энергетических объектов характеристикой является плотность разрядов молнии на землю ро; Число грозовых дней Nг.д - наиболее распространенный и длительно наблюдаемый во многих странах показатель грозовой активности; Продолжительность ежегодной грозовой деятельности в часах Nг.ч наблюдается в ряде стран (30 лет и дольше), в том числе и на территории бывшего СССР; Отмечена корреляция ро и Nг.ч, описываемая для равнинных районов зависимостью ро = 0,05Nг.ч.

Содержание слайда: Карта годовой продолжительности гроз в часах для территории бывшего СССР

Содержание слайда: Защита от прямых ударов молнии Согласно принятой расчетной модели невозможно создать идеальную защиту от прямых ударов молнии, полностью исключающую прорывы на защищаемый объект. Однако на практике осуществимо взаимное расположение объекта и молниеотвода, обеспечивающее низкую вероятность прорыва, например 0,1 и 0,01, что соответствует уменьшению числа поражений объекта примерно в 10 и 100 раз по сравнению с незащищенным объектом. Для большинства современных объектов при таких уровнях защиты обеспечивается малое количество прорывов за весь срок их службы.

Содержание слайда: Определение зон защиты молниеотводов Зона защиты молниеотвода - пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенного значения. Наименьшей и постоянной надежностью обладает поверхность зоны защиты; в глубине зоны защиты надежность выше, чем на ее поверхности. Зона защиты типа А (РД 34.21.122-87): обладает надежностью 99,5% и выше, а типа Б - 95 % и выше.

Содержание слайда: Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h150 м имеют следующие габаритные размеры (РД 34.21.122-87): Зона A: h0 = 0,85h, r0 = (1,1 — 0,002h)h, rx = (1,1 — 0,002h)(h — hx/0,85). Зона Б: h0 = 0,92h; r0 = 1,5h; rx =1,5(h — hx/0,92).

Содержание слайда: Защитная зона одиночной антенной мачты

Содержание слайда: Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Содержание слайда: Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Содержание слайда: Зона защиты многократного молниеотвода Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой hx с надежностью, соответствующей надежности зоны А и зоны Б, является выполнение неравенства rcx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов.

Содержание слайда: Общая зона защиты трех стержневых молниеотводов

Содержание слайда: Зона защиты тросового молниеотвода

Содержание слайда: Зона защиты тросового молниеотвода

Содержание слайда: Программа расчета зон молниезащиты, разработана в УНЛ ЭТМ НГТУ

Содержание слайда: Расположение оборудования и МЗС ПС 220 кВ

Содержание слайда: Результат расчета зон защиты (зона А по РД 34.21.122-87)

Содержание слайда: Зонная концепция защиты от вторичных проявлений молнии

Содержание слайда: Зонная концепция защиты от вторичных проявлений молнии Общий принцип защиты основывается на создании внутри исследуемого объекта зон, в которых существует определенная степень подверженности устройств на воздействие: - напряжений и импульсных токов в сети низкого напряжения; - напряжений и импульсных токов в системах передачи сигналов; - импульсного электромагнитного поля (непосредственное воздействие на устройства в отдельных зонах).

Содержание слайда: В объекте, разделенном на зоны, при переходе из одной зоны в другую происходит ограничение пиковых величин перенапряжений, возникающих в установках низкого напряжения, и импульсов электромагнитного поля до уровней, допустимых в данной зоне. В объекте, разделенном на зоны, при переходе из одной зоны в другую происходит ограничение пиковых величин перенапряжений, возникающих в установках низкого напряжения, и импульсов электромагнитного поля до уровней, допустимых в данной зоне. В принятых обозначениях зоны с наибольшим риском обозначены как зоны 0A и 0B. Последующие зоны обозначаются номерами1, 2, 3, ... Чем выше номер зоны, тем ниже значения допустимых уровней импульсных помех.

Содержание слайда: Пример разделения объекта на зоны

Содержание слайда: Характеристики отдельных зон

Содержание слайда: Соединения проводников с шиной выравнивания потенциалов в месте их ввода в объект