Молниезащитное устройство взрывоопасных объектов

Изобретение относится к средствам защиты вооружения и военной техники, а именно взрывоопасных объектов от проявлений молнии. Задача изобретения состоит в повышении надежности защиты хранимых запасов от воздействия молнии, упрощении конструкции молниезащитного устройства, снижении затрат на монтаж, обслуживание и ремонт, снижении материалоемкости конструкции. Молниезащитное устройство включает молниеприемник, токоотвод, заземлитель, токонепроводящие опоры, молниеприемник изготовлен из металлической арматуры ⌀ 30 мм, соединенной между собой сварными соединениями, представляет собой замкнутый металлический решетчатый контур, с размером ячейки решетки 2×2 м, расположенный симметрично над крышей защищаемого объекта, по периметру стен и коньку на высоте 2 м над объектом. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к средствам защиты вооружения и военной техники, а именно взрывоопасных объектов от проявлений молнии.

В настоящее время, как показывает анализ причин возникновения аварийных ситуаций на объектах хранения боеприпасов, около 18% из них приходится на воздействие молнии. Для защиты объектов хранения боеприпасов от проявлений молнии применяются тросовые молниезащитные устройства (см. Инструкцию по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД-34.21.122-87 Главтехуправления Минэнерго СССР от 12.10.1987, с. 19-21. Прототип. Открытое издание). Тросовое молниезащитное устройство включает: трос - молниеприемник - 2 шт., опоры молниеприемников - 4 шт., токоотводы, заземлители. Молниеприемник предназначен для переориентации разряда молнии от защищаемого объекта на молниезащитное устройство взрывоопасных объектов и приема на себя тока молнии высоких потенциалов. Токоотвод предназначен для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителям. Заземлители предназначены для направления тока молнии в грунт. Указанное молниезащитное устройство неспособно в полной мере обеспечить защиту хранимых запасов от воздействия молнии. Это связано с: зависимостью точности изготовления и монтажа молниезащитного устройства, провисанием тросов и их отклонением от расчетного положения в результате воздействия ветра (радиус отклонения достигает 1,7 м). Кроме того, в случае крена опоры молниеприемника (трещин сварных соединений и металла) устранить недостаток без его демонтажа невозможно. От раскачивания тросы перетираются, что приводит к снижению их площади поперечного сечения, а их монтаж является сложной технической задачей.

В тросовых молниезащитных устройствах применяются заземлители, утопленные в грунт, что приводит к необходимости их вскрытия при ремонте, а также планово, с периодичностью 1 раз в 5 лет.

Задача изобретения состоит в повышении надежности защиты взрывоопасных объектов от воздействия молнии, упрощении конструкции молниезащитного устройства, снижении трудоемкости монтажа, обслуживания и ремонта.

Техническим решением задачи является повышение надежности защиты взрывоопасных объектов от воздействия молнии, упрощение конструкции молниезащитного устройства, снижение трудозатрат на монтаж, обслуживание и ремонт.

Молниезащитное устройство взрывоопасных объектов, согласно изобретению включающее молниеприемник, токоотвод, заземлитель, токонепроводящие опоры, Молниеприемник изготавливается, например, из металлической арматуры ⌀ 30 мм, соединенной между собой сварными соединениями, представляет замкнутый металлический решетчатый контур, с размером ячейки решетки 2×2 м, расположенный симметрично над крышей защищаемого объекта, по периметру стен и коньку на высоте 2 м над объектом, молниеприемник соединен с токоотводом сварным соединением.

Токоотвод располагается на оси, перпендикулярной торцевой стене защищаемого объекта, над уровнем грунта, на опорах, идентичных опорам молниеприемника, изготавливается из материала, идентичного материалу молниеприемника, представляет собой, например, металлическую балку, соединяющую молниеприемник и заземлитель с использованием сварных соединений, с площадью поперечного сечения 700 мм2.

Заземлители выполняются в виде металлических стержней, вбиваемых в грунт на глубину, например, 3 м, с надземной частью 1 м, на расстоянии между собой не менее 3 м, с площадью поперечного сечения 700 мм2, соединенные с токоотводом сварным соединением над уровнем грунта, на расстоянии от защищаемого объекта не менее 15 м.

Токонепроводящие опоры расположены равномерно по крыше защищаемого объекта и по направлению токоотвода, изготавливаются, например, из труб асбестовых ⌀ 200 мм, длиной 2 м каждая, установленные на несущих стенах защищаемого объекта, по коньку крыши и под каждым перекрестием решетчатой металлической конструкции молниеприемника.

Изобретение поясняется фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 представлен общий вид молниезащитного устройства взрывоопасных объектов, на фиг 2 - вид сбоку на объект, на фиг 3 показан вид сверху на объект, защищаемый молниезащитным устройством, где 1 - молниеприемник, 2 - токоотвод, 3 - заземлитель, 4 - токонепроводящие опоры.

Молниеприемник 1 представляет собой замкнутый металлический решетчатый контур, с размером ячейки 2×2 м. Данный размер установлен в результате расчета необходимого уровня защиты объекта (не ниже 0,99), с учетом удобства проведения работ по монтажу, обслуживанию и ремонту молниеприемника, недопущения отклонения молниеприемника от расчетного положения. Расчет произведен по формуле

где L - расстояние между балками молниеприемника, м;

h - высота токонепроводящих опор, м.

Данная формула взята из расчета зон защиты двойного тросового молниезащитного устройства - прототипа.

Размер арматуры предлагаемого устройства рассчитан с учетом обеспечения минимальной площади поперечного сечения молниеприемника (не менее 100 мм2) и составляет 706 мм2, упругих свойств материала, не дающего прогиба на расстоянии 2 м, наименьшего веса материала молниеприемника (1 м.п.арматуры ⌀ 30 весит 3 кг).

Токоотвод 2 расположен по оси, перпендикулярной торцевой стене защищаемого объекта, представляет собой металлическую балку, изготовленный из материала, идентичного молниеприемнику. Длина токоотвода определяется, исходя из индивидуальных особенностей защищаемого объекта и местности, на которой он расположен, но не менее чем 15 м (минимально допустимое расстояние от заземлителей до защищаемого объекта по грунту).

Заземлители 3 выполняются в виде металлических стержней не менее чем ⌀ 30 мм, с заостренным наконечником, вбиваемых в грунт вертикально на глубину 3 м, с надземной частью 1 м, соединенные с токоотводом сварным соединением. Диаметр стержней 30 мм выбран, исходя из удобства вбивания заземлителя в грунт. Расчеты были произведены по формуле для вертикальных заземлителей

где: Rи - импульсное сопротивление, Ом;

Rп - сопротивление растеканию тока промышленной частоты, Ом;

а - коэффициент импульса.

При этом коэффициент импульса изменяется в пределах 0,5-0,9 для вертикальных молниеприемников.

Сопротивление растеканию тока промышленной частоты рассчитано по формуле

где Rп - сопротивление растеканию тока промышленной частоты, Ом;

L - длина стержня, м;

d - диаметр стержня, м.

Установка заземлителя выбрана способом его вертикального вбивания, исходя из того, что при этом не нарушается структура грунта и его электропроводность вокруг заземлителя, а также значительно сокращается время на его установку. Глубина вбивания заземлителя 3 м выбрана, исходя из того, что зависимость падения сопротивления грунта от длины заземлителя изменяется по положительной гиперболе, и увеличение длины до 3 м дает значительный прирост падения сопротивления, а после 3 м прирост падения сопротивления будет незначительным, а также значительно усложняются работы по монтажу. Расчет производится по формуле

где ρ - среднее удельное сопротивление грунта, (Ом/м);

L - длина стержня, м;

d - диаметр стержня, м.

Кроме того, длина заземлителя 3 м выбрана, исходя из устройства цельнометаллических заземлителей, т.к. соединения стержня заземлителя, заглубленные в грунт, будут являться местами наибольшей коррозии, что приведет к преждевременному выходу заземлителя из строя. Размещение наиболее подверженного коррозии места - соединения токоотвода и заземлителя - над грунтом позволяет упростить обслуживание и ремонт заземлителей, а также увеличить срок их службы. Заземлители размещаются в зависимости от условий местности, в которой они устанавливаются, на расстоянии не менее 3 м между собой, в направлении от защищаемого объекта, в количестве не менее 3 шт.

Токонепроводящие опоры 4 предназначены для удержания конструкции молниеприемника на заданной высоте, исключения передачи тока молнии на защищаемый объект и грунт до места ввода заземлителей. Токонепроводящие опоры устанавливаются на несущих стенах защищаемого объекта, по коньку крыши и под каждым перекрестием решетчатой металлической конструкции молниеприемника. Токонепроводящие опоры изготавливаются, например, из труб асбестовых ⌀ 200 мм, для обеспечения необходимого сочетания прочности и веса конструкции, с учетом воздействия шквального ветра и падения деревьев.

Работа устройства.

В процессе развития молнии выделяют 3 стадии: лидерная, главная, стадия послесвечения. Лидер молнии, развиваясь от облака, до определенной высоты не зависит от объектов на поверхности земли. Ориентировка молнии начинается, когда объект попадает в стримерную зону лидера, которая составляет 3-6 высот объекта. На ориентирование молнии оказывают влияние следующие факторы: его высота, искажение электростатического поля, сопротивление заземления, рельеф местности, электропроводная структура грунта. Объект хранения боеприпасов значительно искажает электростатическое поле, так как внутри него хранятся проводники (корпуса снарядов и гильз), размещенные в диэлектрике (деревянная тара). Предлагаемое молниезащитное устройство при прочих равных условиях обладает меньшей высотой за счет отсутствия провисания троса, в среднем на 1,7 м, что приводит к ориентации на объект меньшего числа молний, т.к. стриммерная зона лидера напрямую связана с высотой объекта

где Z - радиус ориентации молнии (стриммерная зона), м;

h - высота молниеприемника, м.

где Кстрим - коэффициент, учитывающий влияние меньшей высоты предлагаемого молниезащитного устройства на надежность защиты относительно прототипа;

Zпр - высота молниезащитного устройства прототипа, м;

Zпу - высота предлагаемого молниезащитного устройства, м.

Отношение стриммерной зоны прототипа к аналогичному показателю предлагаемого устройства с учетом размеров объектов хранения (50×20×5 м) в прочих равных условиях составляет 1,24. Это означает, что предлагаемое молниезащитное устройство при ударе молнии в район расположения объекта хранения будет притягивать к объекту на 24% меньше ударов молнии.

При ударе молнии в объект, защищенный молниезащитным устройством взрывоопасных объектов, происходит переориентация лидера молнии с объекта на молниеприемник. У прототипа отклонение тросов от расчетного положения может составлять 1,7 м (минимальный радиус провисания тросов) и изменять высоту троса над объектом от 2 до 3,7 м. У предлагаемого устройства отклонение молниеприемника от расчетного положения и искажение электростатического поля отсутствует, высота молниеприемника над объектом не изменяется и составляет 2 м. Расчет коэффициента, учитывающего отклонение молниеприемника от расчетного положения, производится по формуле

где Коткл - коэффициент, учитывающий отклонения молниеприемников от объекта;

Lпр - отклонение молниеприемника прототипа от объекта, м;

Lпу - отклонение молниеприемника предлагаемого устройства от объекта, м.

Таким образом, коэффициент, учитывающий отсутствие отклонения молниеприемника от расчетного положения у предлагаемого устройства, составляет 1,85.

Элементами, непосредственно защищающими объект от удара молнии, являются молниеприемники. Для прототипа, при его установке над стандартным объектом (50×20×5 м), располагается 100 м тросов. У предлагаемого молниезащитного устройства взрывоопасных объектов, при прочих равных условиях, над объектом располагается 1070 м молниеприемника. Расчет коэффициента, учитывающего влияние на надежность защиты длины молниеприемника, производится по формуле

где Кдмп - коэффициент, учитывающий длину молниеприемника;

Sпр - длина молниеприемника прототипа, м;

Sпу - длина молниеприемника предлагаемого устройства, м.

Так как у предлагаемого устройства защитный элемент представлен в большем количестве, то коэффициентом, учитывающим влияние длины молниеприемника, будет 10,7.

Надежность защиты предлагаемого устройства относительно прототипа, принимая надежность защиты прототипа равной 1, предлагается рассчитывать по формуле

где N - относительная надежность предлагаемого устройства;

Кстрим - коэффициент, учитывающий изменение стриммерной зоны;

Ккмп - коэффициент, учитывающий влияние количественного показателя молниеприемника;

Коткл - коэффициент, учитывающий отсутствие отклонения молниеприемника.

N=1,24×10,7×1,85=24,54

Отсюда следует, что предлагаемое устройство при прочих равных условиях в 24,54 раза надежнее защищает объект относительно прототипа.

Вероятность защиты прототипа составляет 0,99, а вероятность поражения отсюда 0,01, что означает возможность поражения объекта одним ударом из 100. Учитывая относительную надежность предлагаемого устройства, вероятность поражения объекта при оборудовании его предлагаемым устройством составит 0,0004, а вероятность защиты 0,99969,

Соединение токоотвода с заземлителем, выполненное над уровнем грунта, значительно снижает влияние на них коррозии и увеличивает сроки службы и межремонтные сроки, а также снижает трудозатраты при обслуживании молниезащитного устройства, так как отпадает необходимость вскрытия грунта при их осмотре. Ток молнии, попадая на заземлители, растекается по прилегающему грунту. Надежность цельнометаллических заземлителей выше, так как они менее подвержены коррозии. Такие заземлители позволяют углублять их в грунт путем вбивания, что не нарушает электропроводность и электроемкость грунта. Также снижаются трудозатраты на установку, ремонт и обслуживание заземлителей за счет исключения из операции землеройных работ. Токонепроводящие опоры исключают контакт тока молнии с защищаемым объектом и грунтом вокруг него ближе расстояния безопасного удаления от объекта (15 м).

Оборудование объектов хранения боеприпасов молниезащитным устройством взрывоопасных объектов позволит повысить надежность защиты объектов от проявлений молнии, упростить конструкцию молниезащитного устройства, снизить трудозатраты на монтаж, обслуживание и ремонт, значительно сократить материалоемкость конструкции.

Надежность защиты объектов от проявлений молнии достигается за счет более стабильного и устойчивого положения молниезащитного устройства над защищаемым объектом, равномерным распределением молниеприемника над крышей защищаемого объекта, устройством сварных соединений над уровнем грунта. Упрощение конструкции достигается за счет использования материалов, не требующих применения грузоподъемных механизмов при монтаже, обслуживании и ремонте, непосредственной сборки молниезащитного устройства на объекте, исключения основной массы землеройных работ и необходимости демонтажа всего устройства при ремонте.

1. Молниезащитное устройство взрывоопасных объектов, включающее молниеприемник, токоотвод, заземлитель, отличающееся тем, что дополнительно введены токонепроводящие опоры, а молниеприемник изготовленный из металлической арматуры ⌀ 30 мм, соединенной между собой сварными соединениями, представляет собой замкнутый металлический решетчатый контур с размером ячейки решетки 2×2 м, расположенный симметрично над крышей защищаемого объекта, по периметру стен и коньку на высоте 2 м над объектом, причем молниеприемник соединен с токоотводом сварным соединением.

2. Молниезащитное устройство по п.1, отличающееся тем, что токоотвод располагается на оси, перпендикулярной торцевой стене защищаемого объекта, над уровнем грунта на опорах, идентичных опорам молниеприемника, изготавливается из материала, идентичного материалу молниеприемника, представляет металлическую балку, соединяющую молниеприемник и заземлитель сварными соединениями.

3. Молниезащитное устройство по п.1, отличающееся тем, что заземлители выполняются в виде металлических стержней, вбиваемых в грунт на глубину 3 м, на расстоянии между собой не менее 3 м, соединенные с токоотводом сварным соединением над уровнем грунта, на расстоянии от защищаемого объекта не менее 15 м.

4. Молниезащитное устройство по п.1, отличающееся тем, что токонепроводящие опоры расположены равномерно по крыше защищаемого объекта и по направлению токоотвода, изготавливаются из труб асбестовых ⌀ 200 мм, длиной 2 м каждая, установленных на несущих стенах защищаемого объекта, по коньку крыши и под каждым перекрестием решетчатой металлической конструкции молниеприемника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства опорных конструкций линий электропередачи высокого напряжения. .

Изобретение относится к области строительства опорных конструкций линий электропередачи высокого напряжения. .

Изобретение относится к молниезащите объектов экономики страны, а конкретнее к устройствам молниеприемников. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области высоковольтной техники и более конкретно - к линиям электропередачи. .

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к технике защиты объектов от атмосферных перенапряжений и технике получения электрической энергии альтернативными способами.

Изобретение относится к области сооружения и эксплуатации дымовых труб тепловых электростанций и промышленных предприятий, в частности к устройствам защиты дымовых труб и прочих трактов газоудаления от разрушения взрывной волной грозового разряда и препятствующим окутыванию ствола дымовой трубки газовой средой дымового шлейфа (далее "газовой средой"), которое возникает при сильном ветре.

Изобретение относится к средствам защиты от повреждения объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества. .

Изобретение относится к устройству защиты от повреждений объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества, в частности к средствам молниезащиты промышленных зданий и сооружений, а также электроэнергетического оборудования, находящегося на открытом воздухе.

Изобретение относится к электротехнике, но преимущественно к системам защиты объектов от прямого поражения линейными, четочными и шаровыми молниями. .

Изобретение относится к средствам защиты объектов различного назначения при прямом или близком воздействии молниевых разрядов, электромагнитных импульсов, коротких замыканий и коммутаций электрооборудования и направлено на повышение эффективности защиты от воздействия молниевых разрядов за счет создания условий, препятствующих возникновению нисходящих разрядов и искрообразования при воздействии токов и напряжений импульсов больших значений

Изобретение относится к способам молниезащиты промышленных зданий, сооружений и прилегающих территорий

Изобретение относится к средствам защиты от повреждения объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества, а именно к средствам молниезащиты зданий и сооружений

Изобретение относится к разрядникам высокого напряжения, высоковольтным изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода или ошиновки высоковольтных установок, а также высоковольтных линий электропередачи и электрических сетей

Раскрыт изолятор, предназначенный для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Изолятор содержит изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с электроустановкой, или опорой линии электропередачи, или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Кроме того, изолятор содержит четыре или более электрода, выходящие в три или более разрядные камеры, размещенные в изоляционном теле. Разрядные камеры представляют собой корпуса, открытые в пространство вокруг изоляционного тела, и снабжены выступами, установленными внутри корпусов с возможностью ограничения величины разрядного зазора между электродами. Крайние электроды электрически соединены с арматурой или выходят на поверхность изоляционного тела. Технический результат - снижение разброса величин разрядных зазоров между электродами при изготовлении изолятора, что обеспечивает надежную защиту электроустановок и линий от молниевых разрядов, а также повышает срок службы изолятора. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изолятор-разрядник содержит изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора колонки или гирлянды. Второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с электроустановкой или опорой линии электропередачи или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора колонки или гирлянды. Кроме того, изолятор-разрядник содержит три или более разрядные камеры, установленные в изоляционном теле и последовательно соединенные в цепочку. Разрядные камеры состоят из корпусов и установленных в корпусах электродов, которые жестко закреплены в корпусах и установлены с образованием разрядных зазоров внутри корпусов. Электроды выходят на внешние поверхности корпусов. Электроды и выводы электродов из корпусов жестко закреплены в корпусах, а электроды соседних разрядных камер соединены посредством электрических проводников. Корпусы имеют выходы в пространство вокруг изоляционного тела, а электроды крайних разрядных камер из цепочки последовательно соединенных трех или более разрядных камер электрически соединены с арматурой или с электрическими проводниками, выходящими на поверхность изоляционного тела. Технический результат - снижение разброса величины разрядных зазоров между электродами разрядных камер при изготовлении изолятора. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изолятор-разрядник содержит изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с электроустановкой, или опорой линии электропередачи, или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Кроме того, изолятор-разрядник содержит три или более разрядные камеры, последовательно соединенные в цепочку и установленные в изоляционном теле. Разрядные камеры состоят из корпусов и установленных в корпусах электродов с выводами, выходящими из корпусов. Электроды установлены с образованием разрядных зазоров внутри корпусов. Электроды и выводы электродов из корпусов жестко закреплены в корпусах. Выводы соседних разрядных камер соединены, причем корпуса имеют выходы в пространство вокруг изоляционного тела, а выводы крайних разрядных камер из цепочки последовательно соединенных трех или более разрядных камер имеют электрическое соединение с арматурой или выходят на поверхность изоляционного тела. Технический результат - снижение разброса величин разрядных зазоров мультиэлектродной системы при изготовлении изоляционного тела с использованием полимеров. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области техники защиты от прямых воздействий молний. Диэлектрический защитный кожух (20) для молниеотвода (60) с устройством с упреждающей эмиссией стримера, содержащий активную часть (62), присоединенную к устройству с упреждающей эмиссией стримера для способствования запуску восходящего лидера из активной части, заземляемый токоотвод (80) и диэлектрическую часть, через которую активная часть установлена на токоотводе. Активная часть отделена от токоотвода воздушным пространством для образования между ними искрового промежутка, через который проходит ток молнии от активной части к токоотводу. Защитный кожух выполнен с возможностью быть прикрепленным к молниеотводу для защиты искрового промежутка от ухудшения его диэлектрических свойств окружающей средой, при этом оставляя активную часть молниеотвода открытой окружающей среде. Изобретение повышает надежность молниеотвода при риске ухудшения окружающей средой диэлектрических характеристик его искрового промежутка. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх