4.Выбор типа проводника и его сечения

При разряде молнии в объект ток оказывает тепловые, механические и электромагнитные воздействия.

Тепловые воздействия тока молнии. Протекание тока молнии через сооружения связано с выделением тепла. При этом ток молнии может вызвать нагревание токоотвода до температуры плавления или даже испарения.

Сечение проводников должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы была исключена опасность недопустимых перегревов. Таблица 1. Рекомендуемые значения токоотводящих проводников

Материал проводников	Минимальные сечения проводников, мм2
Медных	16
Алюминиевых	25
Стальных	50

В данном расчёте примем алюминиевый проводник с минимальным сечением 25 мм².

5.Расчёт зоны защиты стержневых молниеотводов

В настоящее время защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии осуществляется при помощи молниеотводов различных модификаций.

Молния имеет свойство избирательно поражать заземленные (электропроводность стремится к бесконечности) и возвышающиеся над поверхностью земли металлические предметы. Защитное действие каждого типа молниеотвода основано на этой особенности грозового разряда.

Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, воспринимающее прямой удар молнии и отводящее токи молнии (посредством определенной системы заземления) в землю. Каждый молниеотвод независимо от типа состоит из следующих основных элементов (рис. 4): молниеприемника 1, непосредственно воспринимающего прямой удар молнии; несущей конструкции 2, предназначенной для установки молниеприемника; токоотвода 3, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлителю; заземлителя 4, отводящего ток молнии в землю и обеспечивающего контакт с землей молниеприемника и токоотвода.

В современной практике молниезащиты используют следующие типы молниеотводов: стержневые (рис. 4); тросовые или антенные (рис. 5а) и сетчатый (рис. 5б). Кроме того, для комплексной защиты сооружений в ряде случаев применяют комбинированные типы молниеотводов (например тросово-стержневые, рис. 5в).

Рис. 4. Стержневой отдельно стоящий молниеотвод Рис. 5. Тросовый и сетчатый молниеотводы При этом по характеру взаимодействия стержневые и тросовые молниеотводы разделяются на одиночные, двойные и многократные (количество взаимодействующих молниеотводов не менее трех, расположенных не на одной прямой).

Зона защиты одиночного молниеотвода.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 6) представляет собой в вертикальном сечении конус с образующей в виде ломаной линии.

Построение зоны защиты для молниеотвода высотой h<60 м (рис.6) производится следующим образом. От основания молниеотвода в противоположные стороны откладываются два отрезка СА' и СВ', равные 0,75h, концы полученных точек А' и В' соединяют с вершиной О молниеотвода. Далее на молниеотводе на высоте 0,8h находится точка О', которая соединяется прямой линией с концами отрезков СВ и СА, равных l,5h. Рис. 6. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м

Ломаная BDO и является образующей зоны защиты для определения величины радиуса защиты r_х, м, на любой высоте h_x зоны защиты используют формулы:

Решая приведенные выше формулы относительно h, можно при известных (заданных) значениях r_х и h_x получить величину оптимальной высоты молниеотвода:

Для молниеотводов высотой более 60 м и до 100 м включительно зона защиты определяется исходя из лимитированной величины основания конуса на уровне земли r = 90 м (рис. 125). При этом радиус защиты на высоте hx определяется из соотношений:

Расчёт:

Определим оптимальную высоту одинарного молниеотвода для ОРУ 500 кВ и ОРУ 35 кВ:

Если молниеотвод расположен по центру защищаемых объектов, то минимальный радиус для ОРУ 500 кВ r_x=25м, а для ОРУ 35 кВ r_x=31,25м

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода (при расположении двух одинаковых молниеприемников на одном уровне и на определенном расстоянии друг от друга) показана на рис. 7а. Определение очертаний торцевых частей зоны выполняется по расчетным формулам, используемым для построения зоны защиты одиночного молниеотвода.

Расчет предусматривает следующие обязательные условия: высота молниеотвода не должна превышать 60 м, молниеотвод рассматривается как двойной только при соотношении L/h <5.  Рис. 7. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода: а — при расположении молниеприемников на одном уровне; б — при расположении молниеприемников на разных уровнях Верхняя граница зоны защиты представляет собой дугу окружности радиуса R, соединяющую вершины молниеотводов и точку, расположенную на перпендикуляре, идущем из середины расстояния между молниеотводами на высоте h₀.

Величина h₀, в метрах, вычисляется по эмпирической формуле:

Радиус окружности R, дуга которой описывает верхнюю границу зоны, соответственно определяется из выражения:

В тех случаях, когда величины h₀ и L известны, оптимальную высоту молниеотводов, находят по формуле:

При этом в вышеприведенной формуле значение h0 соответствует значению, вычисленному исходя из необходимой (требуемой) ширины зоны защиты, величина которой определяется высотой защищаемого сооружения и его размерами в плоскости, перпендикулярной оси молниеотводов. Проверить ширина зоны защиты b_х, м, на уровне h_x можно решая приведенные ниже выражение относительно h’₀:

Расчёт:

Определим оптимальную высоту двойного молниеотвода для ОРУ 500 кВ и ОРУ 35 кВ:

Если молниеотводы одинаковой высоты, расположенные симметрично от краёв, защищаемых объектов, и примем минимальное расстояние между молниеотводами для ОРУ 500 кВ L=20м, для ОРУ 35 кВ L= 25м.

Радиус окружности R, дуга которой описывает верхнюю границу зоны:

При данном расположение молниеотводов должно выполняться условия: R

Где S — ширина защищаемого здания (сооружения), м; L’ — длина защищаемого здания (сооружения), м.

Условия выполняются в обоих случаях.

Проверим ширину зоны защиты b_х, м, на уровне h_x для ОРУ 500 кВ b_х=50 м, при 21≥h’₀, а для ОРУ 35 кВ b_х=37,5 м при 20≥h’₀:

Условия выполняются в обоих случаях.