Durata media annua dei temporali Densità specifica dei fulmininM.. Raggio di contrazione Rst.. Numero di fulmini diretti su un oggetto.. Grado di pericolo di fulmini.

Il compito del progettista è quello di fornire nel progetto un sistema di protezione contro i fulmini affidabile e adeguato per la struttura. Per determinare il numero sufficiente di misure protettive che forniscano una protezione efficace contro i fulmini, è necessario comprendere il numero previsto di fulmini diretti nella struttura protetta. INInnanzitutto, la frequenza dei fulmini diretti dipende dalla frequenza dei temporali nel luogo in cui si trova l'oggetto.

Quindi non ci sono quasi temporali oltre il circolo polare artico, ma nelle regioni meridionali Caucaso settentrionale, Territorio di Krasnodar, nella zona subtropicale o in alcune zone della Siberia e Lontano est, i temporali sono frequenti. Per valutare l'attività temporalesca esistono mappe regionali dell'intensità dell'attività temporalesca, che indicano la durata media dei temporali in ore all'anno. Naturalmente, queste mappe sono tutt’altro che perfette. Tuttavia, sono adatti per stime approssimative. Ad esempio, per la parte centrale della Russia si può parlare di 30-60 ore di temporali all'anno, che equivalgono a 2-4 fulmini all'anno per 1 km 2 superficie terrestre.

Densità specifica delle scariche dei fulmini

Numero medio annuo di fulmini per 1 km 2 superficie terrestre o la densità specifica delle scariche dei fulmini ( nM) è determinato sulla base delle osservazioni meteorologiche nella posizione dell'oggetto. Se è sconosciuto, può essere calcolato utilizzando la seguente formula:

nM = 6,7*T d/100 (1/km 2 anni)

Dove Td– durata media annua dei temporali in ore, determinata dalle mappe regionali dell'attività temporalesca.

Stima della frequenza dei fulmini attraverso il raggio di contrazione

Dopo aver determinato la densità specifica delle scariche dei fulmini, il progettista deve stimare quale percentuale di questi fulmini colpirà l'oggetto protetto.
Una valutazione può essere effettuata utilizzando il raggio di contrazione (Rst). L'esperienza dimostra che un oggetto con altezza h, in media, attira tutti i fulmini da una distanza fino a: Rst ≈ 3 ore.

Questo è il raggio di contrazione. Nel piano, è necessario tracciare una linea che si distanzia dal perimetro esterno dell'oggetto a una distanza Rst. La linea limiterà l'area di contrazione (Sst). Può essere calcolato con qualsiasi metodo disponibile (anche utilizzando celle su carta millimetrata).

Questa valutazione è adatta anche per gli oggetti forma complessa, i cui singoli frammenti hanno altezze fondamentalmente diverse. In prossimità di ciascuno dei frammenti, in base alla loro specifica altezza, viene costruita una curva che ne delimita la propria area di contrazione. Naturalmente si sovrapporranno parzialmente l'uno all'altro. Dovrebbe essere presa in considerazione solo l’area racchiusa dall’involucro esterno, come mostrato in Fig. 1. Quest'area determinerà il numero previsto di fulmini.
Fig. 1

Il numero di fulmini diretti su un oggetto protetto è determinato semplicemente: espresso in chilometri quadrati il valore dell'area di contrazione viene moltiplicato per la densità specifica delle scariche dei fulmini:

N M = nM*Sst.

Conclusioni pratiche

Da questa tecnica derivano diverse ovvie conclusioni.
Innanzitutto, il numero di fulmini che colpiscono un singolo oggetto concentrato come una torre o un supporto, la cui altezza è molto maggiore di altre dimensioni complessive, sarà proporzionale al quadrato della sua altezza (Sst=π(3h) 2 ) e per oggetti estesi (ad esempio una linea elettrica) – proporzionale all'altezza alla prima potenza. Altri oggetti occupano una posizione intermedia nella configurazione.

In secondo luogo, con l'accumulo di molti oggetti in un'area limitata, quando le loro aree di contrazione si sovrappongono parzialmente l'una all'altra (sviluppo urbano), il numero di fulmini su ciascuno degli oggetti sarà notevolmente inferiore rispetto allo stesso oggetto in un'area aperta.
In condizioni di edifici densi, quando lo spazio libero tra gli oggetti è significativamente inferiore alla loro altezza, ciascuno degli oggetti raccoglierà praticamente i fulmini solo dall'area del suo tetto e la sua altezza cesserà di svolgere un ruolo evidente. Tutto ciò è confermato in modo convincente dall'esperienza operativa.

Livello di pericolo fulmine

Quando si valuta il grado di pericolo dei fulmini, c'è una sfumatura che è meglio spiegare con un esempio. Supponiamo di stimare il numero di impatti su un palo di antenna alto 30 m e con buona precisione possiamo assumere che la sua area di contrazione sia un cerchio di raggio Rst ≈ 3h = 90 m e pari a Sst = 3,14*(90) 2 ≈25.000 mq 2 = 0,025 km 2 .

Se nella posizione dell'albero la densità specifica delle scariche di fulmini nM= 2, allora il palo dovrebbe sopportare in media ogni anno Nm = 0,025 x 2 = 0,05 fulmini. Ciò significa che in media si verificherà 1 fulmine ogni 1/Nm = 20 anni di funzionamento. Naturalmente è impossibile sapere quando ciò avverrà effettivamente: con altrettanta probabilità potrà accadere in qualsiasi momento, sia nel primo anno che nel ventesimo anno di attività.

Se valutiamo il grado di pericolo di fulmini per un determinato palo dell'antenna dalla posizione dei proprietari cellulari, allora probabilmente potrai sopportare un'interruzione della comunicazione, che può verificarsi una volta ogni 20 anni di attività. La stessa compagnia telefonica potrebbe avere un approccio completamente diverso. Se gestisce non uno, ma 100 sistemi di antenne, difficilmente l'azienda sarà soddisfatta della prospettiva di riparazioni annuali in media di 100/20 = 5 unità di antenne.

Va anche detto che valutare la frequenza delle fulminazioni dirette di per sé dice poco. In realtà, non è la frequenza dei fulmini ad essere importante, ma la valutazione della probabilità di possibili conseguenze distruttive da essi, che ci consente di determinare la fattibilità di determinate misure di protezione dai fulmini. Leggi anche gli articoli del blog su questo argomento:

Fulmine- un'enorme scarica elettrica nell'atmosfera, come al solito accompagnata da un lampo di luce e da un tuono. C'è un piccolo ritardo tra il lampo e lo scoppio udibile del tuono, la cui durata può essere utilizzata per calcolare la distanza dal fulmine.

Avrai bisogno

• Cronometro, calcolatrice

Istruzioni

1. Si scopre, aspetta il fulmine con un cronometro in mano. Al momento del lampo, avvia il cronometro, quando senti un tuono, spegni il cronometro. Di conseguenza, otterrai il tempo di ritardo del tuono, ovvero il tempo impiegato dalla vibrazione dell'aria per viaggiare dal punto di scarica a te.

2. Inoltre, la distanza, secondo la famosa formula, è il prodotto della velocità e del tempo. Hai tempo. Per quanto riguarda la velocità del suono nell'atmosfera, per calcoli arditi basta ricordare il valore di 343 metri al secondo. Se vuoi calcolare la distanza più o meno correttamente, dovresti ricordare che il suono viaggia più velocemente nell'aria umida che nell'aria secca e più velocemente nell'aria calda che nell'aria fredda. Diciamo che in un autunno freddo con un acquazzone torrenziale, la velocità del suono nell'aria sarà di 338 m/sec, e in un'estate calda e secca - 350 m/sec.

3. Ora conta. Diciamo che sono passati 8 secondi dal lampo del fulmine al suono del tuono.Prendi la velocità del suono - 343 m/s, quindi la distanza dal fulmine sarà 8 * 343 = 2744 metri, o (arrotondato) 2,7 chilometri. Se la temperatura dell'aria è di 15 gradi Celsius con un'umidità dell'80% (pioggia moderata), la velocità del suono sarà di 341,2 m/sec e la distanza sarà di 2729,6 m (può essere arrotondata a 2,73 km).

4. È possibile inserire una tolleranza per la direzione del vento. Se il vento soffia nella direzione del fulmine verso di te, il suono percorrerà questa distanza un po' più velocemente, mentre se il vento è diretto da te al fulmine, percorrerà questa distanza un po' più lentamente. Per calcoli arditi è sufficiente ricordare che nel primo caso (vento-fulmine) la distanza deve essere ridotta del 5%, e nel secondo (vento-fulmine) aumentata del 5%. Quindi, con un ritardo del tuono di 8 secondi e una velocità del suono di 343 m/sec e la direzione del vento del fulmine verso di voi, la distanza di 2744 metri deve essere aumentata di 137,2 m.

Ci sono sport che dipendono direttamente dalla direzione vento. Ad esempio, il kitesurf. Un atleta interessato a questo deve essere in grado di determinare positivamente direzione vento prima di uscire in acqua.

Avrai bisogno

• – una bandiera, una sciarpa o un fazzoletto.

Istruzioni

1. Dai un'occhiata più da vicino per vedere se ho una bandiera. Guardandolo, puoi facilmente determinare non solo direzione, ma anche forza approssimativa vento. Se non trovi una bandiera nelle vicinanze, prova altri metodi, fortunatamente ce ne sono molti.

2. Allo stesso modo, guarda il fumo. È possibile che da qualche parte nelle vicinanze ci sia una fabbrica con ciminiere, o qualcuno stia cuocendo lo shish kebab sulla griglia.

3. Prendi una bandiera, una sciarpa o una sciarpa lunga. Uscire su una superficie piana. Alza la mano con l'oggetto rivolto verso l'alto. Se non ci sono ostacoli sui lati, puoi facilmente determinarlo direzione vento .

4. Gira la testa da un lato all'altro. Una volta posizionato direttamente controvento, sentirete un rumore identico in entrambe le orecchie.

5. Guarda l'acqua, o meglio le onde. Si muovono invariabilmente in direzione sottovento.

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Nota!
Se il vento soffia perpendicolarmente ad un'alta collina, ad una foresta, ecc., può cambiare direzione. Ciò è consentito a causa del risultato della riflessione su queste pareti originali. Quindi il vento non solo soffierà nella direzione opposta, ma potrebbe anche diminuire di forza o addirittura placarsi del tutto. Quando si praticano sport acquatici, non è sufficiente determinare solo la direzione del vento, bisogna anche essere in grado di calcolarne la forza. Senza attrezzature speciali a portata di mano, puoi farlo visivamente.

Consigli utili
Quando si determina la direzione del vento, vale la pena considerare un concetto come la turbolenza. È più semplice spiegarlo usando l’esempio dell’acqua. Il suo flusso, incontrando un ostacolo, non può aggirarlo senza interruzione, a causa dell'inerzia. Pertanto, quando si torce, forma ribollimento, schiuma e persino imbuti. La stessa cosa accade con il vento, che incontra un ostacolo sul suo cammino, ad esempio un edificio. Ecco perché, quando ci si trova nel cortile di un edificio, a volte è difficile determinare la direzione del vento. Questo movimento caotico delle correnti del vento è chiamato turbolenza. E quei vortici che creano dietro l'ostacolo sono i rotori.

Fulmine- questo è il più potente scarica elettrica, quello che appare quando le nuvole sono fortemente elettrificate. Le scariche dei fulmini possono fluire sia all'interno di una nuvola che tra nuvole vicine altamente elettrificate. Occasionalmente si verifica una scarica tra il suolo e una nuvola elettrizzata. Prima del lampo si verificano differenze di potenziale elettrico tra la nuvola e il suolo o tra le nuvole vicine.

Uno dei primi a stabilire l'interazione delle scariche elettriche nel cielo fu uno scienziato d'oltremare che ricoprì anche la principale carica governativa: Benjamin Franklin. Nel 1752 eseguì un'affascinante abilità con un aquilone di carta. Il tester ha attaccato una chiave di metallo alla corda e ha lanciato l'aquilone in tempo per un temporale. Dopo un po', un fulmine colpì la chiave, emettendo un fascio di scintille. Da allora, i fulmini hanno iniziato a essere studiati in dettaglio dagli scienziati. Questo straordinario fenomeno naturale può essere estremamente pericoloso e causare danni significativi alle linee elettriche e ad altri edifici alti.La ragione principale dell'origine dei fulmini risiede nella collisione di ioni (ionizzazione da impatto). Il campo elettrico di una nuvola ha un'intensità molto elevata. In un campo del genere elettroni liberi ottenere una grande spinta. Quando entrano in collisione con gli atomi, li ionizzano. L'output finale produce un flusso di elettroni veloci. La ionizzazione per impatto forma un canale plasmatico attraverso il quale passa un impulso di corrente dell'asta. Si verifica una scarica elettrica, quella che tracciamo sotto forma di fulmine. La lunghezza di tale scarica può raggiungere diversi chilometri e durare fino a diversi secondi. Fulmine invariabilmente accompagnato da un brillante lampo di luce e tuono. I fulmini compaiono spesso durante un temporale, ma ci sono delle eccezioni. Uno dei fenomeni naturali più inesplorati associati alle scariche elettriche dagli scienziati è fulmine globulare. Tutto quello che sappiamo è che appare inaspettatamente e può causare danni significativi. Allora perché i fulmini sono così luminosi? corrente elettrica se colpito da un fulmine può raggiungere i 100.000 Ampere. In questo caso viene rilasciata una grande quantità di energia (circa un miliardo di Joule). La temperatura del canale principale raggiunge circa 10.000 gradi. Queste collisioni danno origine ad una luce brillante, che può essere vista durante un fulmine. Dopo una scarica elettrica così forte, si verifica una pausa, che può durare da 10 a 50 secondi. Durante questo periodo, il canale dell'asta si spegne approssimativamente, la temperatura al suo interno scende a 700 gradi. Gli scienziati hanno scoperto che il bagliore luminoso e il riscaldamento del canale del plasma si propagano dal basso verso l'alto e le pause tra i bagliori durano decine di frazioni di secondo ciascuna. È quindi che una persona percepisce diversi shock forti come un unico lampo luminoso.

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Il fulmine, come al solito, appare come un brillante lampo a zigzag nelle nuvole temporalesche ed è accompagnato da un tuono. La sua scarica elettrica raggiunge i 100.000 ampere e la sua tensione raggiunge diverse centinaia di milioni di volt. Per determinare distanza Prima fulmine, è necessario calcolare il tempo in secondi dal lampo al primo rombo di tuono.

Avrai bisogno

• – cronometro o orologio$
• - calcolatrice.

Istruzioni

1. Il fulmine è un fenomeno naturale pericoloso per la vita umana. Tuttavia, per ironia della sorte, è proprio a causa delle persone che stanno diventando sempre più numerose. Ciò accade a causa di un atteggiamento molto irresponsabile nei confronti dell'ambiente: l'inquinamento dell'aria circostante nelle megalopoli aumenta il riscaldamento dell'aria e l'aumento della condensa di vapore nell'atmosfera. Ciò aumenta l'intensità elettrica nelle nuvole e provoca fulmini.

2. La necessità di determinare distanza Prima fulmineè causato non solo dalla necessità di espandere i propri orizzonti, ma anche dall’istinto elementare di autoconservazione. Se è troppo vicino e ti trovi in ​​uno spazio aperto, è meglio scappare da lì il più rapidamente possibile. La corrente elettrica sceglie il percorso più breve verso terra e la cortina di pelle è un buon conduttore.

3. Inizia a contare i secondi non appena vedi un lampo di luce nel cielo, usa un orologio o un cronometro. Non appena si sente il primo tuono, smetti di contare, questo ti darà tempo.

4. Per scoprire distanza, devi moltiplicare il tempo per la velocità. Se per te la precisione non è molto importante, allora può essere considerata pari a 0,33 km/s, cioè moltiplicare il numero di secondi per 1/3. Diciamo, secondo i tuoi calcoli, il tempo fino a quando fulmine era di 12 secondi, dopo aver diviso per 3 ottieni 4 km.

5. Per determinare distanza Prima fulmine più vero, accetta velocità media suono in aria pari a 0,344 km/s. Il suo vero valore dipende da molti fattori: umidità, temperatura, tipo di terreno (spazi aperti, foreste, grattacieli urbani, superficie dell'acqua), velocità del vento, ecc. Diciamo che in autunno piovoso la velocità del suono è di circa 0,338 km/s, nel caldo secco estivo di circa 0,35 km/s.

6. Fitta foresta e edifici alti rallentare notevolmente la velocità del suono. È ridotto a causa della necessità di aggirare innumerevoli ostacoli e diffrazione. In questo caso è abbastanza difficile effettuare un calcolo accurato e, soprattutto, non è pratico: nonostante il fulmine non colpisca il suolo, può colpire un albero alto accanto a te. Quindi aspetta tra alberi a crescita bassa con una corona densa, il migliore di ognuno è accovacciato, e se ti trovi in ​​una strada cittadina, riparati in un edificio vicino.

7. Presta attenzione al vento. Se è abbastanza potente e soffia verso di te nella direzione da fulmine, il che significa che il suono arriva più velocemente. Quindi la sua velocità media può essere considerata pari a circa 0,36 km/h. Quando la direzione del vento è lontana da te fulmine il movimento del suono, invece, rallenta e la velocità è di circa 0,325 km/h.

8. Lunghezza media fulmine raggiunge i 2,5 km e lo scarico si estende fino a distanza fino a 20 km. Pertanto, dovresti spostarti il ​​più rapidamente possibile dallo spazio aperto all'edificio o alla struttura più vicina. Ricordatelo quando ti avvicini fulmineÈ necessario chiudere tutte le finestre e le porte e spegnere gli apparecchi elettrici, altrimenti potrebbero verificarsi danni attraverso l'antenna e causare danni alle apparecchiature tramite la rete.

9. I fulmini non sono solo terrestri, ma anche intra-cloud. Non sono pericolosi per chi è a terra, ma possono danneggiare oggetti volanti: aerei, elicotteri e altri veicoli. Inoltre, un oggetto metallico catturato in una nuvola con un forte campo elettrico in grado di sostenere, ma non di creare una carica, può diventare un avviatore fulmine e provocarne il verificarsi.

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Nota!
Fatto affascinante: presso alcuni popoli indiani il fulmine è considerato, per così dire, un'iniziazione necessaria affinché uno sciamano raggiunga il massimo livello di abilità.

Parametri della corrente di fulmine

Parametro del fulmine

Livello di protezione

Valore della corrente di picco, kA

Carica completa, C

Carica per impulso, C

Energia specifica kJ/Ohm

Pendenza media kA/μs

3.1.3. Fulmini ed elettricità atmosferica

I fulmini sono una delle cause più comuni di sovratensioni indesiderate, interruzioni e guasti nei sistemi di automazione. La carica accumulata nelle nuvole ha un potenziale di circa diversi milioni di volt rispetto alla superficie terrestre ed è spesso negativa. La direzione della corrente del fulmine può essere sia dal suolo verso la nube, con carica nuvolosa negativa (nel 90% dei casi), oppure dalla nube al suolo (nel 10% dei casi). La durata di una scarica di fulmine è in media 0,2 s, raramente fino a 1...1,5 s, la durata del fronte ascendente dell'impulso va da 3 a 20 μs, la corrente è di diverse migliaia di ampere, fino a 100 kA, la temperatura nel canale raggiunge i 20.000 ˚C, compaiono un potente campo magnetico e onde radio [Vijayaraghavan]. I fulmini possono formarsi anche durante tempeste di sabbia, bufere di neve ed eruzioni vulcaniche. Durante la scarica di un fulmine compaiono diversi impulsi (Fig. 3.64). La pendenza del fronte negli impulsi successivi è molto maggiore che nel primo (Fig. 3.65).

La frequenza dei fulmini su edifici con un'altezza di 20 me dimensioni di 100x100 m è di 1 volta in 5 anni e per edifici con dimensioni di circa 10x10 m - 1 colpo in 50 anni [RD]. Il numero di fulmini diretti sulla torre televisiva di Ostankino, alta 540 m, ammonta a 30 fulmini all'anno.

,

dov'è la corrente massima; - fattore di correzione; - tempo; - costante di tempo frontale; - costante di tempo di decadimento.

I parametri inclusi in questa formula sono riportati nella tabella. 3.23. Corrispondono alle scariche di fulmini più potenti, che sono rare (meno del 5% dei casi [Vijayaraghavan]. Correnti di 200 kA si verificano nello 0,7...1% dei casi, 20 kA nel 50% dei casi [Kuznetsov]).

Le dipendenze del primo impulso della corrente di fulmine e della sua derivata dal tempo, costruite secondo la formula (3.2), sono mostrate in Fig. 3,65. Tieni presente che le scale temporali sui grafici differiscono di un fattore 10 e che la scala è logaritmica. La velocità di salita massima (derivata prima) del primo impulso è 25 kA/μs, gli impulsi successivi sono 280 kA/μs.

La velocità di aumento della corrente viene utilizzata per calcolare l'entità dell'impulso indotto nei cavi di automazione.

I sistemi di automazione vengono colpiti dai fulmini non attraverso un colpo diretto, ma attraverso impulso elettromagnetico, che a causa del fenomeno induzione elettromagnetica può portare alla rottura dell'isolamento dei dispositivi di isolamento galvanico e alla bruciatura di fili di piccola sezione [Zipse], nonché a danni ai microcircuiti. Secondo fenomeno naturale associato a un temporale è elettricità atmosferica. Il potenziale elettrico di una nube temporalesca durante la pioggia può essere di decine di milioni, fino a 1 miliardo di volt. Quando la tensione campo elettrico tra la nuvola e la superficie della terra raggiunge 500...1000 V/m, una scarica elettrica inizia da oggetti appuntiti (pali, tubi, alberi, ecc.). Durante le scariche dei fulmini, l'intensità del campo può cambiare bruscamente direzione. Elevate intensità di campo causate dall'elettricità atmosferica possono indurre potenziali di diverse migliaia di volt in circuiti flottanti con elevata resistenza di isolamento verso terra e portare alla rottura dei fotoaccoppiatori nei moduli di isolamento galvanico. Per proteggersi dall'elettricità atmosferica, i circuiti isolati galvanicamente che non hanno un percorso a terra a bassa resistenza devono essere collocati in uno schermo elettrostatico messo a terra o collegati a terra tramite un resistore con una resistenza di 0,1...1 MOhm (vedere la sezione "Attuatori e unità"). In particolare l'elettricità atmosferica è uno dei motivi per cui le reti industriali vengono posate con cavi schermati. Lo schermo deve essere messo a terra solo in un punto (vedi capitolo "Schermatura dei cavi di segnale"). Va notato che i parafulmini, che servono a proteggere da un fulmine diretto, non possono ridurre significativamente l'intensità del campo elettrico delle cariche atmosferiche e non proteggono in alcun modo le apparecchiature da un potente impulso elettromagnetico durante un temporale.

Gli edifici e le strutture o parti di esse, a seconda della loro destinazione, dell'intensità dell'attività dei fulmini nell'area in cui si trovano e del numero previsto di fulmini all'anno, devono essere protetti secondo le categorie dei dispositivi di protezione contro i fulmini e il tipo della zona di protezione. La protezione contro i fulmini diretti viene effettuata utilizzando parafulmini vari tipi: asta, cavo, rete, combinato (ad esempio cavo-asta). I parafulmini a stelo sono più spesso utilizzati; i parafulmini a cavo sono utilizzati principalmente per proteggere strutture lunghe e strette. L'effetto protettivo di un parafulmine a forma di rete applicata sulla struttura da proteggere è simile all'azione di un parafulmine convenzionale.

L'effetto protettivo di un parafulmine si basa sulla capacità del fulmine di colpire le strutture metalliche più alte e ben messe a terra. Grazie a ciò l'edificio protetto, che è di altezza inferiore rispetto al parafulmine, praticamente non verrà colpito dal fulmine se tutte le sue parti sono comprese nella zona di protezione del parafulmine. La zona di protezione di un parafulmine è considerata la parte dello spazio attorno al parafulmine che protegge in una certa misura edifici e strutture dai fulmini diretti

affidabilità. La superficie della zona di protezione ha il grado di affidabilità minimo e costante; Man mano che ci si sposta più in profondità nella zona, l'affidabilità della protezione aumenta. La zona di protezione di tipo A ha un livello di affidabilità del 99,5% o superiore, mentre il tipo B ha un livello di affidabilità del 95% o superiore.

Schema generale per la soluzione del problema: viene effettuata una valutazione quantitativa della probabilità che un fulmine colpisca un oggetto protetto situato su un'area pianeggiante con condizioni del suolo abbastanza uniformi nel sito occupato dall'oggetto, ovvero il numero previsto di fulmini per viene determinato l'anno dell'oggetto protetto. A seconda della categoria del dispositivo di protezione contro i fulmini e del valore ottenuto del numero previsto di fulmini all'anno dell'oggetto protetto, viene determinato il tipo di zona di protezione. Vengono calcolate le distanze reciproche tra parafulmini presi in coppia e vengono calcolati i parametri delle zone di protezione ad una determinata altezza da terra.

A seconda del tipo, della quantità e posizione relativa i parafulmini della zona di protezione possono avere un'ampia varietà di forme geometriche. L'affidabilità della protezione contro i fulmini a varie altezze viene valutata dal progettista, che, se necessario, chiarisce i parametri del dispositivo di protezione contro i fulmini e decide sulla necessità di ulteriori calcoli.

Gli edifici e le strutture industriali, residenziali e pubblici, a seconda delle caratteristiche progettuali, dello scopo e del significato, della probabilità di un'esplosione o di un incendio, delle caratteristiche tecnologiche, nonché dell'intensità dell'attività dei fulmini nell'area in cui si trovano, sono suddivisi in tre categorie secondo la protezione contro i fulmini: I - edifici industriali e strutture con locali esplosivi di classi B-1 e B-2 secondo il PUE; comprende inoltre gli edifici delle centrali elettriche e delle sottostazioni; II - altri edifici e strutture con locali esplosivi non classificati di categoria I; III - tutti gli altri edifici e strutture, compresi i locali a rischio di incendio.

Per valutare l'attività temporalesca in diverse aree del Paese, viene utilizzata una mappa della distribuzione del numero medio di ore di temporale all'anno, sulla quale sono tracciate linee di uguale durata dei temporali o dati provenienti dalla corrispondente stazione meteorologica locale.

La probabilità che un oggetto venga colpito da un fulmine dipende dall'intensità dell'attività temporalesca nell'area in cui si trova, dall'altezza e dall'area dell'oggetto e da alcuni altri fattori ed è quantificata dal numero previsto di fulmini all'anno . Per gli edifici e le strutture non dotati di protezione contro i fulmini, il numero dei danni è determinato dalla formula

Dove S E l - rispettivamente, la larghezza e la lunghezza dell'edificio (struttura) protetto, che ha una forma rettangolare in pianta, m; H - più grande

altezza dell'oggetto protetto, m; P- numero medio annuo di fulmini per 1 km 2 di superficie terrestre nella posizione dell'oggetto, valori P con uguale intensità di attività temporalesca sono determinati dalle tabelle. Per edifici di configurazione complessa quando si calcola come S E l si considerano la latitudine e la lunghezza del più piccolo rettangolo in cui l'edificio può essere inscritto in pianta.

La categoria del dispositivo di protezione contro i fulmini e il numero previsto di fulmini all'anno dell'oggetto protetto determinano il tipo di zona di protezione: gli edifici e le strutture appartenenti alla categoria I sono soggetti alla protezione contro i fulmini obbligatoria. La zona di protezione deve avere un grado di affidabilità pari o superiore al 99,5% (zona di protezione di tipo A); le zone di protezione per edifici e strutture appartenenti alla categoria II sono calcolate secondo il tipo A, se N> 1, altrimenti digitare B; le zone appartenenti alla categoria III sono calcolate secondo la tipologia A, se N > 2 e digitare B altrimenti. Ciò si applica solo agli edifici e alle strutture classificati come esplosivi e pericolosi per l'incendio. Per tutti gli altri oggetti di questa categoria, indipendentemente dal valore N il tipo di zona di protezione è accettato B.

Il calcolo della protezione contro i fulmini di edifici e strutture comporta la determinazione dei confini della zona di protezione del parafulmine, che è lo spazio protetto dai fulmini diretti. Zona di protezione di una singola altezza del parafulmine H  150 m è un cono circolare che, a seconda del tipo di zona di protezione, è caratterizzato dalle seguenti dimensioni:

H
Lei

H
Lei

(12.16)

Dove H 0 - vertice del cono della zona di protezione, m; R 0 - raggio della base del cono a livello del suolo, m; R x - raggio della sezione orizzontale della zona di protezione in altezza H X da piano terra, m; H X - altezza della struttura protetta, m.

La zona di protezione di un parafulmine a stelo singolo in pianta è rappresentata graficamente da un cerchio del raggio corrispondente. Il centro del cerchio si trova nel punto in cui è installato il parafulmine.

Zona di protezione di un parafulmine a doppia asta fino a 150 m di altezza con distanza tra i parafulmini pari a l, mostrato in Fig. 12.1. La figura mostra che la zona di protezione tra due parafulmini è notevolmente più grande della somma delle zone di protezione di due parafulmini singoli. Parte della zona di protezione

tra i parafulmini nella sezione che passa attraverso gli assi dei parafulmini c'è un giunto (Fig. 12.1), e le sue parti rimanenti sono chiamate parti terminali.

La determinazione dei contorni delle parti terminali della zona di protezione viene effettuata secondo le formule di calcolo utilizzate per costruire la zona di protezione dei singoli parafulmini, ovvero le dimensioni H 0 , R 0 , R x1, R x2, sono determinati in base al tipo di zona di protezione utilizzando le formule (12.15) o (12.16). In pianta, le parti terminali sono semicerchi con un raggio R 0 O R x, che sono limitati da piani passanti per gli assi dei parafulmini perpendicolari alla linea che collega le loro basi.

La parte articolare della zona di protezione è delimitata dall'alto da una linea spezzata, che può essere costruita utilizzando tre punti: due di essi poggiano su parafulmini ad una certa altezza H 0, e il terzo si trova nel mezzo tra loro ad un'altezza H C. Schema in sezione trasversale della zona di protezione UN-UN(Fig. 12.1) sono determinati secondo le regole e le formule adottate per i parafulmini ad asta singola.

Le zone di protezione del parafulmine a doppia asta hanno le seguenti dimensioni:

(12.17)

La zona A esiste quando l  3 H , in caso contrario i parafulmini sono considerati come singoli;

(12.18)

La zona B esiste quando l  5H, altrimenti i parafulmini sono considerati singoli. Nelle formule (12.17), (12.18) l - distanza tra i parafulmini, m; H c - altezza della zona di protezione al centro tra i parafulmini, m; R Con - larghezza della sezione trasversale della zona di protezione del giunto AA(Fig. 12.1) a livello del suolo, m; d - larghezza della sezione orizzontale della zona di protezione congiunta in sezione AA in alto H X da piano terra, m.

La condizione principale per la presenza di una zona di protezione congiunta di un parafulmine a doppia asta è il rispetto della disuguaglianza R cx > 0. In questo caso la configurazione della zona di protezione congiunta in pianta è costituita da due trapezi isosceli aventi base comune di lunghezza 2 R cx, che si trova al centro tra i parafulmini. L'altra base del trapezio ha lunghezza 2 R X. La linea che collega i punti di installazione dei parafulmini è perpendicolare alle basi del trapezio e li divide a metà. Se R cx = 0, la zona di protezione congiunta in pianta rappresenta due triangoli isosceli, le cui basi sono parallele tra loro, e i vertici si trovano in un punto, situato al centro tra i parafulmini. Se la costruzione di una zona di protezione non viene eseguita.

Gli oggetti situati su un'area abbastanza ampia sono protetti da diversi parafulmini (parafulmini multipli). Per determinare i confini esterni della zona di protezione di più parafulmini si utilizzano le stesse tecniche dei parafulmini singoli o doppi. In questo caso, per calcolare e costruire i contorni esterni della zona, i parafulmini vengono presi a coppie in una determinata sequenza. La condizione principale per la protezione di uno o un gruppo di strutture con un'altezza H X con affidabilità corrispondente alle zone di protezione UN E B, è il compimento della disuguaglianza R cx > 0 per tutti i parafulmini presi in coppia.

Per proteggere strutture lunghe e strette, così come in alcuni altri casi, vengono utilizzati parafulmini a cavo singolo.

La zona di protezione formata dall'interazione del cavo e dei parafulmini (singoli o doppi) è determinata allo stesso modo della zona di protezione di un parafulmine a più barre. A

In questo caso gli appoggi del parafulmine catenaria sono pari all'asta dei parafulmini di altezza A e al raggio della base della zona di protezione R, a seconda del tipo di zona di protezione.

Domande di autotest

1. Fornire una classificazione degli impianti elettrici per quanto riguarda le misure di sicurezza elettrica.

Elencare i tipi di messa a terra utilizzati.

Descrivere la disposizione di messa a terra e il design dei conduttori di terra.

4. Elencare le caratteristiche dei dispositivi di messa a terra negli impianti fino e superiori a 1 kV.

5. Qual è il calcolo dei semplici conduttori di terra?

6. Calcolare la resistenza elettrica equivalente specifica della terra.

Descrivi l'effetto protettivo di un parafulmine e classifica gli edifici e le strutture a te note.

Calcolare la zona di protezione di un singolo parafulmine.

Calcolare la zona di protezione di un parafulmine a doppia asta e rappresentare la zona di protezione per diverse altezze dell'edificio protetto.

CAPITOLO TREDICI

CONTABILITÀ E RISPARMIO ENERGETICO