Abschätzung der Häufigkeit von Blitzeinschlägen in ein Objekt. Blitzschutz von Gebäuden und Bauwerken

Bäume werden oft zum Ziel von Blitzeinschlägen, die mitunter sehr schwerwiegende Folgen haben. Wir sprechen über die Gefahr, vom Blitz getroffen zu werden, sowohl für die Bäume selbst als auch für die Menschen, die neben ihnen leben, und darüber, wie Sie die mit diesem Phänomen verbundenen Risiken reduzieren können.

Wo schlägt der blitz ein

Für einen beträchtlichen Teil des Territoriums der Erde sind Gewitter eine ziemlich häufige Erscheinung. Gleichzeitig toben etwa anderthalbtausend Gewitter über der Erde. Beispielsweise werden in Moskau jedes Jahr mehr als 20 Gewittertage beobachtet. Aber trotz der Vertrautheit dieses Naturphänomens kann seine Kraft nur schockieren. Die Spannung eines durchschnittlichen Blitzes beträgt etwa 100.000 Volt und der Strom 20.000–50.000 Ampere. Die Temperatur des Blitzkanals erreicht dabei 25.000 - 30.000 °C. Es überrascht nicht, dass ein Blitz in Gebäude, Bäume oder Menschen einschlägt und seine elektrische Ladung verbreitet, oft mit katastrophalen Folgen.

Obwohl die Zerstörung eines einzelnen Bodenobjekts durch Blitze, sei es ein Gebäude, ein Mast oder ein Baum, ein eher seltenes Ereignis ist, macht die gewaltige Zerstörungskraft Gewitter zu einem der gefährlichsten Naturphänomene für den Menschen. So geht laut Statistik jedes siebte Feuer in ländlichen Gebieten auf einen Blitzeinschlag zurück, gemessen an der Zahl der registrierten Todesfälle durch Naturkatastrophen rangiert der Blitz an zweiter Stelle hinter Überschwemmungen.

Die Wahrscheinlichkeit, dass Bodenobjekte (einschließlich Bäume) vom Blitz getroffen werden, hängt von mehreren Faktoren ab:

• zur Intensität der Gewitteraktivität in der Region (bezogen auf das Klima);
• von der Höhe dieses Objekts (je höher, desto wahrscheinlicher ein Blitzeinschlag);
• aus dem elektrischen Widerstand des Objekts und der darunter befindlichen Erdschichten (je geringer der elektrische Widerstand des Objekts und der darunter befindlichen Erdschichten, desto höher die Wahrscheinlichkeit einer Blitzentladung in dieses hinein).

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, warum Bäume oft zum Ziel von Blitzen werden: Ein Baum ist oft das vorherrschende Element des Reliefs in der Höhe, lebendes Holz, das mit Feuchtigkeit gesättigt ist, verbunden mit tiefen Erdschichten mit geringem elektrischem Widerstand, stellt oft einen Brunnen dar -geerdeter natürlicher Blitzableiter.

Gewitteraktivität in einigen Siedlungen der Region Moskau

Wie groß ist die Gefahr, wenn ein Baum vom Blitz getroffen wird?

Die Folgen eines Blitzeinschlags in einen Baum sind oft sowohl für sich selbst als auch für benachbarte Gebäude verheerend und stellen auch eine erhebliche Bedrohung für Personen dar, die sich in diesem Moment in der Nähe befinden. Im Moment des Durchgangs einer starken elektrischen Ladung durch das Holz kommt es im Stamm zu einer starken Wärmefreisetzung und einer explosionsartigen Verdunstung von Feuchtigkeit. Die Folge davon sind Schäden unterschiedlicher Schwere: von oberflächlichen Verbrennungen oder Rissen bis hin zum vollständigen Absplittern des Stammes oder Brand des Baumes. Teilweise treten im Inneren des Stammes erhebliche mechanische Schäden auf (Längsrisse oder Holzspaltungen entlang von Jahresringen), die bei einer äußeren Untersuchung kaum wahrnehmbar sind, aber das Risiko eines baldigen Baumsturzes deutlich erhöhen. Oft schwerwiegende, aber bei der Sichtprüfung nicht wahrnehmbare Schäden können auch an den Wurzeln eines Baumes auftreten.

Für den Fall, dass ein Blitzschaden nicht zur sofortigen Zerstörung oder zum Tod eines Baumes führt, können ausgedehnte Verletzungen, die er erlitten hat, die Entwicklung gefährlicher Krankheiten wie Fäulnis und Gefäßkrankheiten verursachen. Eine geschwächte Pflanze wird zu einer leichten Beute für Stammschädlinge. Dadurch kann der Baum unsicher werden oder austrocknen.

Blitzeinschläge in Bäume (einschließlich lebender) verursachen oft Brände, die sich auf nahe gelegene Gebäude ausbreiten. Manchmal wird eine seitliche Entladung von einem Baum auf die Wand eines Gebäudes übertragen, selbst wenn ein Blitzableiter darauf installiert ist. Schließlich breitet sich das elektrische Potential des betroffenen Baums in den Oberflächenschichten des Bodens aus, wodurch es in das Gebäude getragen werden kann, unterirdische Versorgungsleitungen beschädigen oder Menschen oder Haustieren einen Stromschlag zufügen kann.

Ein Blitzeinschlag in einen Baum kann erhebliche Sachschäden verursachen, auch wenn kein Notfall vorliegt. Denn die Beurteilung der Sicherheit eines solchen Baumes, seine spezielle Pflege oder auch die einfache Entfernung eines vertrockneten oder hoffnungslos erkrankten Baumes können mit erheblichen Sachkosten verbunden sein.

Manchmal wird eine seitliche Entladung von einem Baum auf die Wand eines Gebäudes übertragen, selbst wenn ein Blitzableiter darauf installiert ist.

Regulierungsfragen

Somit kann der Blitzschutz von besonders wertvollen Bäumen (die das Zentrum historischer und seltener Landschaftskompositionen bilden) oder von Bäumen, die in der Nähe von Wohngebieten wachsen, praktisch gerechtfertigt sein. Der regulatorische Rahmen, der den Blitzschutz von Bäumen vorschreibt bzw. regelt, fehlt hierzulande jedoch vollständig. Dieser Sachverhalt ist eher eine Folge der Trägheit des innerstaatlichen Regulierungsrahmens als eine angemessene Einschätzung der Risiken, die mit Blitzeinschlägen in Bäumen im städtischen Umfeld verbunden sind.

Die wichtigste aktuelle nationale Norm für den Blitzschutz stammt aus dem Jahr 1987. Die Haltung zum Blitzschutz auf dem Land in diesem Dokument spiegelt die Realitäten und Positionen dieser Zeit wider: Der materielle Wert der meisten Vorstadtgebäude war nicht hoch, und die Interessen des Staates konzentrierten sich eher auf den Schutz des öffentlichen als des privaten Eigentums. Darüber hinaus gingen die Ersteller innerstaatlicher Normen davon aus, dass Baunormen und -regeln beim Bau von Vorortwohnungen eingehalten werden, was jedoch nicht immer der Fall ist. Insbesondere muss der Mindestabstand vom Baumstamm zur Gebäudewand mindestens 5 m betragen In der Realität des Vorstadtbaus stehen Häuser oft in der Nähe der Bäume. Darüber hinaus sind die Eigentümer solcher Bäume in der Regel nur ungern bereit, ihrer Entfernung zuzustimmen.

In anderen Ländern gibt es Normen für den Blitzschutz: zum Beispiel amerikanische - ANSI A 300 Teil 4 oder britisch - Britischer Standard 6651 regelt auch den Blitzschutz von Bäumen.

Der Mindestabstand vom Baumstamm zur Gebäudewand muss mindestens 5 m betragen.

Wann ist Schutz erforderlich?

In welchen Fällen ist es sinnvoll, über den Blitzschutz eines Baumes nachzudenken? Wir listen die Faktoren auf, auf deren Grundlage eine solche Entscheidung empfohlen werden kann.

Der Baum wächst auf offenen Flächen oder deutlich höher als benachbarte Bäume, Gebäude, Strukturen und Geländeformen. Objekte, die in der Höhe dominieren, werden eher vom Blitz getroffen.

Ein Gebiet mit hoher Gewitteraktivität. Mit einer hohen Gewitterhäufigkeit steigt die Wahrscheinlichkeit, Bäume (und andere Objekte) zu beschädigen. Die Hauptmerkmale der Gewitteraktivität sind die durchschnittliche jährliche Gewitterstundenzahl sowie die durchschnittliche spezifische Erdblitzdichte (durchschnittliche jährliche Blitzschlagzahl pro 1 km²) der Erdoberfläche. Der letztere Indikator wird verwendet, um die erwartete Anzahl von Blitzeinschlägen eines Objekts (einschließlich eines Baums) pro Jahr zu berechnen. Beispielsweise kann man in einem Gebiet mit einer durchschnittlichen Dauer von 40-60 Gewitterstunden pro Jahr (insbesondere in einigen Gebieten der Region Moskau) davon ausgehen, dass alle 20 Jahre ein 25 m hoher Baum beschädigt wird.

Standort des Standorts in der Nähe von Gewässern, unterirdischen Quellen, hohe Bodenfeuchte auf dem Standort . Diese Anordnung erhöht das Risiko, dass ein Baum vom Blitz getroffen wird, weiter.

Ein hoher Baum wächst in einem Abstand von höchstens drei Metern vom Gebäude. Diese Anordnung des Baumes hat keinen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, vom Blitz getroffen zu werden. Das Fällen von Bäumen in der Nähe von Gebäuden stellt jedoch sowohl für die Gebäude selbst als auch für die Menschen, die sich darin aufhalten, eine erhebliche Bedrohung dar. Gleichzeitig steigt die Gefahr einer Gebäudebeschädigung durch einen Seitenauswurf, die Gefahr einer Dachbeschädigung durch einen Baumsturz ist sehr hoch und bei einer Entzündung kann ein Brand auf das Gebäude übergreifen.

Die Zweige des Baumes hängen über dem Dach des Gebäudes, berühren seine Wände, Vordächer, Dachrinnen oder dekorative Elemente der Fassade. In diesem Fall steigt auch das Risiko von Gebäudeschäden, Bränden und einer Übertragung der Entladung auf das Haus.

Der Baum gehört zu einer Art, die häufig oder regelmäßig von Blitzeinschlägen getroffen wird. . Einige Baumarten werden eher vom Blitz getroffen als andere. Eichen sind am häufigsten von Blitzen betroffen.

Die Wurzeln eines Baumes, der in der Nähe des Gebäudes wächst, können mit einem unterirdischen Fundament oder einer für das Haus geeigneten Kommunikation in Kontakt kommen. Wenn in diesem Fall ein Blitz in einen Baum einschlägt, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Entladung in die Räumlichkeiten „driftet“ oder die Kommunikation beschädigt wird (z. B. Sensoren des Bewässerungssystems und der Stromnetze).

Spezialisten für Blitzschutz von Gebäuden empfehlen die Installation eines freistehenden Blitzableiters, während in einer Entfernung von 3 bis 10 m Bäume stehen, die in Höhe und anderen Parametern für die Installation eines Blitzableiters und einer Ableitung geeignet sind. Die Installation eines separaten Mastes kann ziemlich teuer sein. Für viele Besitzer von Landhäusern sind solche Masten auch ästhetisch nicht akzeptabel. Und schließlich kann es sehr schwierig sein, einen Mast in einem Waldgebiet so zu platzieren, dass Baumwurzeln während des Baus nicht beschädigt werden oder Dehnungsstreifen die Bewegungsfreiheit von Menschen nicht beeinträchtigen.

Exposition gegenüber ungeschützten Bäumen einiger Arten
(ab Standard ANSI A 300, Teil 4)

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip des Blitzschutzsystems besteht darin, dass die Blitzentladung von der Fangstange „abgefangen“, von der Ableitung sicher abgeleitet und mittels Erdung in die tiefen Erdschichten übertragen wird.

Die Komponenten eines Baumblitzschutzsystems sind: eine Fangstange (eine oder mehrere), eine oberirdische Ableitung, eine unterirdische Ableitung und ein Erdungssystem, das aus mehreren Erdungsstangen oder -platten besteht.

Bei der Entwicklung unserer eigenen Blitzschutzsysteme standen wir vor der Notwendigkeit, nationale Normen für den Blitzschutz von Gebäuden und Bauwerken und westliche Normen für den Blitzschutz von Bäumen zu kombinieren. Die Notwendigkeit einer solchen Kombination ergibt sich aus der Tatsache, dass es in den aktuellen nationalen Normen keine Empfehlungen für die Installation von Blitzschutzsystemen an Bäumen gibt und ältere Vorschriften Anweisungen enthalten, die die Gesundheit eines Baumes gefährden. Gleichzeitig stellt die amerikanische Norm ANSI A 300, die detaillierte Informationen zur Befestigung des Systems an einem Baum und zu den Grundsätzen seiner Installation und Wartung enthält, im Vergleich zu nationalen Standards geringere Anforderungen an die elektrische Sicherheit des Systems.

Blitzschutzkomponenten bestehen aus Kupfer oder Edelstahl. Gleichzeitig wird zur Vermeidung von Korrosion bei allen Verbindungen und Kontakten zwischen leitfähigen Elementen nur eines der ausgewählten Materialien verwendet. Bei der Verwendung von Kupfer ist jedoch die Verwendung von Befestigungselementen aus Bronze zulässig. Kupferkomponenten sind teurer, haben jedoch eine höhere Leitfähigkeit, wodurch die Komponenten kleiner und weniger sichtbar sind und die Systeminstallationskosten gesenkt werden.

Laut Statistik geht jedes siebte Feuer in ländlichen Gebieten auf einen Blitzeinschlag zurück, gemessen an der Zahl der registrierten Todesfälle durch Naturkatastrophen rangiert der Blitz an zweiter Stelle, gleich nach Überschwemmungen.

Systemkomponenten

Der Blitzableiter ist ein am Ende geschlossenes Metallrohr. Der Ableiter tritt in den Blitzableiter ein und wird mit Bolzen daran befestigt.

Bei Bäumen mit ausladender Krone sind manchmal zusätzliche Stromabnehmer erforderlich, da hier die Blitzentladung weit vom Blitzableiter entfernte Äste oder Spitzen treffen kann. Wird an einem Baum ein mechanisches Asthaltesystem auf Basis von Metallseilen installiert, muss es bei der Durchführung des Blitzschutzes ebenfalls geerdet werden. Dazu wird mit Hilfe eines Schraubkontaktes eine zusätzliche Ableitung daran befestigt. Es ist zu beachten, dass der direkte Kontakt von Kupfer mit einem verzinkten Kabel nicht akzeptabel ist, da dies zu Korrosion führt.

Ableitungen von Blitzableitern und Zusatzkontakten werden mit speziellen Klemmkontakten oder Schraubverbindungen angeschlossen. Gemäß der Norm ANSI A 300 für den Blitzschutz von Bäumen werden Ableitungen in Form von Ganzmetall-Stahlseilen unterschiedlicher Webart verwendet. Nach nationaler Norm beträgt der Mindestwirkquerschnitt einer Ableitung aus Kupfer 16 mm², der Mindestwirkquerschnitt einer Ableitung aus Stahl 50 mm. Bei der Ableitung von Ableitungen auf Holz müssen deren scharfe Biegungen vermieden werden. Es ist nicht erlaubt, Leiter unter einem Winkel von weniger als 90° herunterzubiegen, der Krümmungsradius der Biegung sollte nicht kleiner als 20 cm sein.

Ableiter werden mit Metallklammern am Stamm befestigt und mehrere Zentimeter im Holz des Stammes vergraben. Das Material der Schellen darf beim Anschluss an die Ableitung nicht zu Kontaktkorrosion führen. Eine Fixierung der Ableitungen durch Anbinden mit Draht am Baum ist nicht möglich, da das radiale Wachstum des Stammes zu Ringverletzungen und zum Austrocknen des Baumes führt. Eine starre Fixierung der Ableitungen auf der Stammoberfläche (mit Klammern) führt zu deren Einwachsen in den Stamm, wodurch die Haltbarkeit und Sicherheit des Systems verringert wird und sich eine großflächige Stammfäule entwickelt. Die beste Option für die Montage des Systems ist die Installation dynamischer Klemmen. In diesem Fall werden bei zunehmendem Durchmesser des Stammes die Halter mit Kabeln durch den Druck des Holzgewebes automatisch an das Ende der Stange gedrückt. Zu beachten ist, dass das Vertiefen der Stifte der Klemmen um wenige Zentimeter in das Holz und deren anschließende teilweise Umhüllung durch das Holz diesem praktisch keinen Schaden zufügt.

Ableiter führen den Schacht hinunter zu seiner Basis und gehen tief in den Graben hinein.

Die von der Norm ANSI A 300 vorgeschriebene Mindestgrabentiefe für den unterirdischen Teil der Ableitung beträgt 20 cm Der Graben wird manuell unter Beibehaltung der maximalen Anzahl von Wurzeln ausgehoben. In Fällen, in denen Wurzelschäden besonders unerwünscht sind, sollten spezielle Geräte zum Herstellen eines Grabens verwendet werden. Beispielsweise ist ein Luftmesser ein Kompressorwerkzeug, das dazu bestimmt ist, Erdarbeiten in der Stammzone von Bäumen durchzuführen. Dieses Gerät, das einen stark fokussierten Luftstrom verwendet, ist in der Lage, Bodenpartikel zu entfernen, ohne selbst die dünnsten Baumwurzeln zu beschädigen.

Die Art und Parameter der Erdungsvorrichtung und die Entfernung, in der die Ableitung zu ihr geführt werden muss, werden durch die Eigenschaften des Bodens bestimmt. Dies liegt an der Notwendigkeit, den Bodenstoßwiderstand auf das erforderliche Niveau zu reduzieren - den elektrischen Widerstand gegen die Ausbreitung eines elektrischen Stromimpulses von der Erdungselektrode. An Orten, die regelmäßig von Menschen besucht werden, sollte dieser Widerstand nach inländischen Standards 10 Ohm nicht überschreiten. Dieser Wert des Erdungswiderstands sollte Funkendurchschläge des Stroms von der unterirdischen Ableitung und der Erdungselektrode zur Erdoberfläche ausschließen und daher einen Stromschlag für Menschen, Gebäude und Kommunikation verhindern. Der Hauptindikator des Bodens, der die Wahl des Erdungsschemas bestimmt, ist der Bodenwiderstand - der Widerstand zwischen zwei Seiten von 1 m³ Erde, wenn Strom durch ihn fließt.

Je höher der spezifische Widerstand des Bodens ist, desto umfangreicher muss das Erdungssystem sein, um einen sicheren Stromfluss zu gewährleisten. Auf Böden mit niedrigem spezifischem Widerstand - bis zu 300 Ohm (Lehm, Ton, Feuchtgebiete) wird in der Regel ein Erdungssystem aus zwei vertikalen Erdungsstangen verwendet, die durch eine Ableitung verbunden sind. Zwischen den Stangen wird ein Abstand von mindestens 5 m eingehalten Die Länge der Stangen beträgt 2,5–3 m, das obere Ende der Stange ist um 0,5 m vertieft.

Auf Böden mit hohen spezifischen Widerstandswerten (sandiger Lehm, Sand, Kies) werden mehrstrahlige Erdungssysteme verwendet. Zur Begrenzung der möglichen Erdungstiefe werden Erdungsplatten verwendet. Zur Erleichterung von Inspektionen und Tests der Zuverlässigkeit der Erdung sind kleine Brunnen über den Erdungselementen installiert.

Der Bodenwiderstand ist kein konstanter Wert, sein Wert hängt stark von der Bodenfeuchte ab. Daher kann in der Trockenzeit die Zuverlässigkeit der Erdung abnehmen. Um dies zu verhindern, werden mehrere Methoden angewendet. Zunächst werden, wann immer möglich, Erdspieße in der Bewässerungszone platziert. Zweitens wird der obere Teil des Stabes 0,5 m unter der Bodenoberfläche eingegraben (die obersten 0,5 m des Bodens sind am anfälligsten für Austrocknung). Drittens wird der Erde bei Bedarf Bentonit zugesetzt – ein natürlicher Feuchtigkeitsspeicher. Bentonit ist ein kleines kolloidales mineralisches Tonteilchen, dessen Porenraum Feuchtigkeit gut speichert und die Bodenfeuchtigkeit stabilisiert.

Feuchtigkeitsgesättigtes lebendiges Holz, das mit tiefen, niederohmigen Bodenschichten verbunden ist, bietet oft einen gut geerdeten natürlichen Blitzableiter.

Häufige Fehler

In der häuslichen Praxis wird der Blitzschutz von Bäumen selten verwendet, und in Fällen, in denen er dennoch durchgeführt wird, werden während des Baus eine Reihe schwerwiegender Fehler gemacht. Als Blitzableiter werden in der Regel Metallstäbe verwendet, die mit Draht oder Metallreifen an einem Baum befestigt sind. Diese Befestigungsmöglichkeit führt zu schweren Ringverletzungen des Stammes, die schließlich zur vollständigen Austrocknung des Baumes führen. Eine gewisse Gefahr stellt auch das Einwachsen der Ableitung in den Stamm eines Baumes dar, was zum Auftreten ausgedehnter offener Längswunden am Stamm führt.

Da die Installation des Blitzschutzes an Bäumen von Elektrikern durchgeführt wird, verwenden sie normalerweise Hafs (Katzen), um auf einen Baum zu klettern - Stiefel mit Metallspitzen, die einem Baum schwere Verletzungen zufügen.

Leider werden auch die Besonderheiten der Baumkrone außer Acht gelassen: In der Regel wird die Notwendigkeit, mehrere Blitzableiter bei mehrkronigen Bäumen mit breiten Kronen zu installieren, nicht berücksichtigt, auch strukturelle Mängel in der Verzweigung des Baumes werden nicht berücksichtigt Rechnung, was oft zum Bruch und Herunterfallen des Aufsatzes mit installiertem Blitzableiter führt.

Der Blitzschutz von Bäumen kann nicht als gängige Praxis bezeichnet werden. In Gebieten mit mäßiger Gewitteraktivität sind Hinweise zur Umsetzung eher selten. In Fällen, in denen Blitzschutz von Bäumen erforderlich ist, ist dessen korrekte Ausführung jedoch äußerst wichtig. Bei der Planung und Installation solcher Systeme ist es wichtig, nicht nur die Zuverlässigkeit des Blitzableiters selbst, sondern auch die Sicherheit des Systems für den geschützten Baum zu berücksichtigen.

Die endgültige Zuverlässigkeit des Blitzschutzes hängt sowohl von der richtigen Auswahl seiner Materialien, Kontakte und Erdung als auch von der Stabilität des Baumes selbst ab. Nur unter Berücksichtigung der Merkmale der Kronenstruktur, des radialen Wachstums und der Lage des Wurzelsystems des Baumes ist es möglich, ein zuverlässiges Blitzschutzsystem zu schaffen, das dem Baum keine gefährlichen Verletzungen zufügt, was bedeutet, dass dies nicht der Fall ist unnötige Risiken für die in der Nähe lebenden Menschen schaffen.

Die Berechnung der zu erwartenden Anzahl N von Blitzeinschlägen pro Jahr erfolgt nach den Formeln:

für konzentrierte Gebäude und Bauwerke (Schornsteine, Bohrtürme, Türme)

für Gebäude und Bauwerke mit rechteckiger Form

wobei h die höchste Höhe eines Gebäudes oder Bauwerks ist, m; S, L - bzw. die Breite und Länge des Gebäudes oder der Struktur, m; n - die durchschnittliche jährliche Anzahl von Blitzeinschlägen pro 1 km Erdoberfläche (spezifische Dichte, Blitzeinschläge in den Boden) am Standort eines Gebäudes oder einer Struktur.

Bei Gebäuden und Strukturen mit komplexer Konfiguration gelten S und L als Breite und Länge des kleinsten Rechtecks, in das ein Gebäude oder eine Struktur im Plan eingeschrieben werden kann.

Für einen beliebigen Punkt auf dem Territorium der UdSSR wird die spezifische Dichte der Blitzeinschläge in den Boden n auf der Grundlage der durchschnittlichen jährlichen Gewitterdauer in Stunden wie folgt bestimmt:

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ANHANG 3

BLITZSCHUTZZONEN

1. Einstab-Blitzableiter.

Die Schutzzone eines Einstab-Blitzableiters mit der Höhe h ist ein Kreiskegel (Bild A3.1), dessen Spitze auf der Höhe h0 liegt

1.1. Die Schutzzonen von Einstab-Blitzableitern mit einer Höhe von h £ 150 m haben folgende Gesamtabmessungen.

Zone A: h0 = 0,85 h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85).

Bereich B: h0 = 0,92 h;

rx \u003d 1,5 (h - hx / 0,92).

Für Zone B kann die Höhe eines einzelnen Blitzableiters für bekannte Werte von h und kann durch die Formel bestimmt werden

h = (rx + 1,63hx)/1,5.

Reis. P3.1. Schutzzone eines Einstab-Blitzableiters:

I - die Grenze der Schutzzone auf hx-Ebene, 2 - das gleiche auf Bodenhöhe

1.2. Schutzzonen von Einstab-Blitzableitern von Wolkenkratzern 150< h < 600 м имеют следующие габаритные размеры.

2. Doppelstab-Blitzableiter.

2.1. Die Schutzzone eines Doppelstab-Blitzableiters mit einer Höhe von h £ 150 m ist in Abb. 1 dargestellt. P3.2. Die Endbereiche der Schutzzone sind definiert als Zonen von Einstab-Blitzableitern, deren Gesamtabmessungen h0, r0, rx1, rx2 durch die Formeln in Abschnitt 1.1 dieser Anlage für beide Arten von Schutzzonen bestimmt werden.

Reis. P3.2. Schutzzone eines Doppelstab-Blitzableiters:

1 - die Grenze der Schutzzone auf der Ebene hx1; 2 - das gleiche auf hx2-Ebene,

3 - das gleiche in Bodennähe

Die Innenbereiche der Schutzzonen eines Doppelstab-Blitzableiters haben folgende Gesamtabmessungen.

;

um 2h< L £ 4h

;

;

Wenn der Abstand zwischen den Blitzableitern L >

bei h< L £ 6h

;

;

Bei einem Abstand zwischen den Stabableitern L > 6h, um Zone B zu bauen, sollten die Blitzableiter als einzelne betrachtet werden.

Bei bekannten Werten von hc und L (bei rcx = 0) wird die Höhe des Blitzableiters für Zone B durch die Formel bestimmt

h = (hc + 0,14 l) / l,06.

2.2. Die Schutzzone zweier Fangstangen unterschiedlicher Höhe h1 und h2 £ 150 m ist in Abb. 1 dargestellt. П die Abmessungen der Endbereiche der Schutzzonen h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 werden durch die Formeln des Abschnitts 1.1 bestimmt, wie für die Schutzzonen beider Typen eines Blitzableiters mit einer Stange. Die Gesamtabmessungen des Innenbereichs der Schutzzone werden durch die Formeln bestimmt:

;

;

wobei die Werte hc1 und hc2 nach den Formeln für hc in Abschnitt 2.1 dieser Anlage berechnet werden.

Bei zwei Blitzableitern unterschiedlicher Höhe erfolgt der Bau der Zone A eines Doppelstab-Blitzableiters bei L £ 4 hmin und Zone B bei L £ 6 hmin. Bei entsprechend großen Abständen zwischen Blitzableitern gelten sie als einzelne.

Reis. A3.3 Die Schutzzone von zwei Stabblitzableitern unterschiedlicher Höhe. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. P3.1

3. Blitzableiter mit mehreren Stangen.

Die Schutzzone einer Mehrfachfangstange (Abb. A3.4) ist definiert als die Schutzzone paarweise genommener benachbarter Fangstangen mit einer Höhe h £ 150 m (siehe Absätze 2.1, 2.2 dieser Anlage).

Reis. P3.4. Schutzzone (im Plan) eines mehrstabigen Blitzableiters. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. P3.1

Die Hauptbedingung für den Schutz eines oder mehrerer Objekte mit einer Höhe hx mit einer Zuverlässigkeit, die der Zuverlässigkeit von Zone A und Zone B entspricht, ist die Erfüllung der Ungleichung rcx > 0 für alle paarweise genommenen Fangstangen. Andernfalls muss die Einrichtung von Schutzzonen für Ein- oder Zweistab-Blitzableiter ausgeführt werden, abhängig von der Erfüllung der Bedingungen des Abschnitts 2 dieser Anlage.

4. Eindraht-Blitzableiter.

Die Schutzzone eines eindrähtigen Blitzableiters mit einer Höhe von h £ 150 m ist in Abb. 1 dargestellt. P3.5, wobei h die Höhe des Kabels in der Mitte der Spannweite ist. Berücksichtigung des Durchhangs des Kabels mit einem Querschnitt von 35-50 mm2 bei bekannter Höhe des Stützensprungs und der Spannweite a Die Höhe des Kabels (in Metern) wird bestimmt durch:

h = hüpfen - 2 bei a< 120 м;

h = hüpfen - 3 bei 120< а < 150м.

Reis. P3.5. Schutzzone eines eindrähtigen Blitzableiters. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. P3.1

Die Schutzzonen eines eindrähtigen Blitzableiters haben die folgenden Gesamtabmessungen.

Für eine Zone vom Typ B wird die Höhe eines Blitzableiters mit einem einzelnen Draht mit bekannten Werten von hx und rx durch die Formel bestimmt

5. Doppeldraht-Blitzableiter.

5.1. Die Schutzzone eines Doppeldraht-Blitzableiters mit einer Höhe von h £ 150 m ist in Abb. 1 dargestellt. P3.6. Die Maße r0, h0, rx für die Schutzzonen A und B werden durch die entsprechenden Formeln in Abschnitt 4 dieser Anlage bestimmt. Die restlichen Zonengrößen werden wie folgt bestimmt.

Reis. PZ.6. Schutzzone eines zweidrähtigen Blitzableiters. Die Bezeichnungen sind die gleichen, 410 und in Abb. P3.2

bei h< L £ 2h

;

um 2h< L £ 4h

;

Wenn der Abstand zwischen den Blitzableitern L > 4h beträgt, sollten die Blitzableiter für den Bau der Zone A als einzelne betrachtet werden.

bei h< L £ 6h

;

;

Wenn der Abstand zwischen den Blitzableitern L > 6h beträgt, sollten die Blitzableiter für den Bau der Zone B als einzelne Blitzableiter betrachtet werden. Bei bekannten Werten von hc und L (bei rcx = 0) wird die Höhe des Blitzableiters für Zone B durch die Formel bestimmt

h \u003d (hc + 0,12 l) / 1,06.

Reis. P3.7. Schutzzone von zwei Draht-Blitzableitern unterschiedlicher Höhe

5.2. Die Schutzzone zweier Kabel unterschiedlicher Höhe h1 und h2 ist in Abb. 1 dargestellt. P3.7. Die Werte r01, r02, h01, h02, rx1, rx2 werden durch die Formeln in Abschnitt 4 dieser Anlage wie für einen eindrähtigen Blitzableiter bestimmt. Um die Dimensionen von rc und hc zu bestimmen, werden die folgenden Formeln verwendet:

;

wobei hc1 und hc2 unter Verwendung der Formeln für hc in Abschnitt 5.1 dieses Anhangs berechnet werden.

(RD34.21.122-87)

Dieses Handbuch soll die wichtigsten Bestimmungen von RD 3421.122-87 verdeutlichen und präzisieren sowie Fachleute, die an der Entwicklung und Konstruktion des Blitzschutzes verschiedener Objekte beteiligt sind, mit den bestehenden Vorstellungen über die Entwicklung von Blitzen und ihren Parametern vertraut machen, die die Gefährdung bestimmen Auswirkungen auf Menschen und materielle Werte. Beispiele für den Blitzschutz von Gebäuden und Bauwerken verschiedener Kategorien werden gemäß den Anforderungen von RD 34.21.122-87 angegeben.

1. KURZE DATEN ZUR BLITZENTLADUNG UND IHREN PARAMETERN

Ein Blitz ist eine mehrere Kilometer lange elektrische Entladung, die sich zwischen einer Gewitterwolke und dem Boden oder einer beliebigen Bodenstruktur entwickelt.

Eine Blitzentladung beginnt mit der Entwicklung eines Leiters - eines schwach leuchtenden Kanals mit einer Stromstärke von mehreren hundert Ampere. In Richtung der Bewegung des Anführers - von der Wolke nach unten oder von der Bodenstruktur nach oben - wird der Blitz in absteigend und aufsteigend unterteilt. Abwärtsblitzdaten sammeln sich seit langem in mehreren Regionen der Erde. Informationen über aufsteigende Blitze erschienen erst in den letzten Jahrzehnten, als systematische Beobachtungen zum Blitzwiderstand sehr hoher Bauwerke, beispielsweise des Fernsehturms Ostankino, begannen.

Der Anführer eines absteigenden Blitzes erscheint unter der Wirkung von Prozessen in einer Gewitterwolke, und sein Erscheinen hängt nicht vom Vorhandensein von Strukturen auf der Erdoberfläche ab. Wenn sich der Leiter zum Boden bewegt, können Gegenleiter, die auf die Wolke gerichtet sind, von Bodenobjekten erregt werden. Der Kontakt eines von ihnen mit dem absteigenden Anführer (oder der Kontakt des letzteren mit der Erdoberfläche) bestimmt den Ort des Blitzschlags auf den Boden oder ein Objekt.

Aufsteigende Leiter werden von hochgelegenen Strukturen angeregt, an deren Spitzen das elektrische Feld während eines Gewitters stark ansteigt. Die bloße Tatsache der Entstehung und nachhaltigen Entwicklung eines aufsteigenden Führers bestimmt den Ort der Niederlage. In flachem Gelände treffen aufsteigende Blitze Objekte mit einer Höhe von mehr als 150 m, und in bergigen Gebieten werden sie von spitzen Reliefelementen und Strukturen mit geringerer Höhe angeregt und werden daher häufiger beobachtet.

Betrachten wir zunächst den Entwicklungsprozess und die Parameter des nach unten gerichteten Blitzes. Nach dem Aufbau eines durchgehenden Leiterkanals folgt die Hauptphase der Entladung - die schnelle Neutralisierung der Leiterladungen, begleitet von einem hellen Leuchten und einem Anstieg des Stroms auf Spitzenwerte von einigen bis zu Hunderten von Kiloampere. In diesem Fall kommt es zu einer starken Erwärmung des Kanals (bis zu zehntausend Kelvin) und seiner Schockausdehnung, die vom Ohr als Donnerschlag wahrgenommen wird. Der Hauptstufenstrom besteht aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Impulsen, die der kontinuierlichen Komponente überlagert sind. Die meisten Stromimpulse haben eine negative Polarität. Der erste Impuls mit einer Gesamtdauer von mehreren hundert Mikrosekunden hat eine Frontlänge von 3 bis 20 µs; Der Spitzenwert des Stroms (Amplitude) variiert stark: In 50% der Fälle (Durchschnittsstrom) übersteigt 30 und in 1-2% der Fälle 100 kA. Ungefähr bei 70% des nach unten gerichteten negativen Blitzes folgen auf den ersten Impuls nachfolgende mit geringerer Amplitude und Frontlänge: Die Durchschnittswerte betragen 12 kA bzw. 0,6 μs. In diesem Fall ist die Steilheit (Anstiegsrate) des Stroms an der Vorderseite nachfolgender Impulse höher als beim ersten Impuls.

Der Strom der kontinuierlichen Komponente des nach unten gerichteten Blitzes variiert von wenigen bis zu Hunderten von Ampere und besteht während des gesamten Blitzes und dauert im Durchschnitt 0,2 s und in seltenen Fällen 1-1,5 s.

Die Ladung, die während des gesamten Blitzes getragen wird, variiert von wenigen bis hundert Coulomb, wovon 5-15 Coulomb auf den Anteil der einzelnen Impulse und 10-20 Coulomb auf die kontinuierliche Komponente entfallen.

Abwärtsblitze mit positiven Stromimpulsen werden in etwa 10 % der Fälle beobachtet. Einige von ihnen haben eine ähnliche Form wie negative Impulse. Außerdem wurden positive Pulse mit deutlich größeren Parametern aufgezeichnet: eine Dauer von etwa 1000 μs, eine Frontlänge von etwa 100 μs und eine übertragene Ladung von durchschnittlich 35 C. Sie sind durch Schwankungen der Stromamplituden über einen sehr weiten Bereich gekennzeichnet: Bei einem durchschnittlichen Strom von 35 kA können in 1-2 % der Fälle Amplituden von mehr als 500 kA auftreten.

Die gesammelten tatsächlichen Daten zu den Parametern des nach unten gerichteten Blitzes erlauben es uns nicht, ihre Unterschiede in verschiedenen geografischen Regionen zu beurteilen. Daher wird für das gesamte Territorium der UdSSR davon ausgegangen, dass ihre probabilistischen Eigenschaften gleich sind.

Aufsteigende Blitze entwickeln sich wie folgt. Nachdem der aufsteigende Leiter die Gewitterwolke erreicht hat, beginnt der Entladungsprozess, der in etwa 80 % der Fälle von Strömen negativer Polarität begleitet wird. Es werden zwei Arten von Strömen beobachtet: Die erste ist kontinuierlich pulslos bis zu mehreren hundert Ampere und einer Dauer von Zehntelsekunden und trägt eine Ladung von 2-20 C; Die zweite ist durch die Überlagerung kurzer Impulse mit der langen impulslosen Komponente gekennzeichnet, deren Amplitude im Durchschnitt 10–12 kA beträgt und nur in 5% der Fälle 30 kA überschreitet, und die übertragene Ladung 40 ° C erreicht. Diese Impulse ähneln den nachfolgenden Impulsen der Hauptstufe des nach unten gerichteten negativen Blitzes.

In Berggebieten sind aufsteigende Blitze durch längere kontinuierliche Ströme und größere übertragene Ladungen gekennzeichnet als in der Ebene. Gleichzeitig unterscheiden sich die Schwankungen der Impulskomponenten der Strömung im Gebirge und in der Ebene kaum. Bisher wurde kein Zusammenhang zwischen aufsteigenden Blitzströmen und der Höhe der Strukturen, von denen sie angeregt werden, gefunden. Daher werden die Parameter der aufsteigenden Blitze und ihre Variationen für alle geografischen Regionen und Objekthöhen als gleich geschätzt.

In RD 34.21.122-87 werden Daten zu den Parametern von Blitzströmen in den Anforderungen an die Konstruktion und Dimensionierung von Blitzschutzgeräten berücksichtigt. Beispielsweise werden die zulässigen Mindestabstände von Blitzableitern und ihren Erdungsleitern zu Objekten der Kategorie I (Abschnitte 2.3-2.5 *) aus der Bedingung bestimmt, dass Blitzableiter von einem nach unten gerichteten Blitz mit einer Amplitude und Steilheit der Stromfront innerhalb von 100 getroffen werden kA bzw. 50 kA / μs. Dieser Zustand entspricht mindestens 99 % der nachgeschalteten Blitzeinschläge.

2. MERKMALE DER GEWITTERAKTIVITÄT

Die Intensität der Gewitteraktivität an verschiedenen geografischen Orten kann anhand der Daten eines ausgedehnten Netzes meteorologischer Stationen über die Häufigkeit und Dauer von Gewittern in Tagen und Stunden pro Jahr anhand von hörbarem Donner zu Beginn und Ende eines Gewitters beurteilt werden. Ein wichtigeres und aussagekräftigeres Merkmal zur Beurteilung der möglichen Anzahl von Blitzeinschlägen ist jedoch die Dichte der nachgeschalteten Blitzeinschläge pro Einheit der Erdoberfläche.

Die Dichte der Blitzeinschläge in den Boden ist regional sehr unterschiedlich und hängt von geologischen, klimatischen und anderen Faktoren ab. Bei einem generell steigenden Trend dieses Wertes von den Polen zum Äquator beispielsweise nimmt er in Wüsten stark ab und steigt in Regionen mit intensiven Verdunstungsprozessen an. Der Einfluss des Reliefs ist besonders groß in Berggebieten, wo sich Gewitterfronten hauptsächlich entlang schmaler Korridore ausbreiten, daher sind innerhalb eines kleinen Bereichs starke Schwankungen in der Dichte der Entladungen in den Boden möglich.

Insgesamt schwankt die Dichte der Blitzeinschläge weltweit von nahezu Null in den subpolaren Regionen bis zu 20-30 Entladungen pro 1 km Erde pro Jahr in feuchten tropischen Zonen. Für die gleiche Region sind Schwankungen von Jahr zu Jahr möglich, daher ist für eine verlässliche Einschätzung der Dichte der Einleitungen in den Boden eine langjährige Mittelung notwendig.

Derzeit ist eine begrenzte Anzahl von Standorten auf der ganzen Welt mit Blitzzählern ausgestattet, und für kleine Gebiete sind direkte Schätzungen der Entladungsdichte zur Erde möglich. In großem Umfang (z. B. für das gesamte Gebiet der UdSSR) ist die Registrierung der Anzahl der Blitzeinschläge in den Boden aufgrund des Aufwands und des Mangels an zuverlässiger Ausrüstung immer noch unmöglich.

Für geografische Standorte, an denen Blitzzähler installiert sind und meteorologische Beobachtungen von Gewittern durchgeführt werden, wurde jedoch eine Korrelation zwischen der Dichte von Bodenentladungen und der Häufigkeit oder Dauer von Gewittern gefunden, obwohl jeder dieser Parameter von Jahr zu Jahr Streuungen unterliegt oder von Gewitter zu Gewitter. In RD 34.21.122-87 wird diese in Anhang 2 dargestellte Korrelationsabhängigkeit auf das gesamte Territorium der UdSSR ausgedehnt und verbindet rein nach unten gerichtete Blitzeinschläge auf 1 km2 der Erdoberfläche mit einer bestimmten Gewitterdauer in Stunden. Die Daten meteorologischer Stationen zur Dauer von Gewittern werden über den Zeitraum von 1936 bis 1978 gemittelt und in Form von Linien auf der geografischen Karte der UdSSR aufgetragen, die durch eine konstante Anzahl von Stunden mit Gewitter pro Jahr gekennzeichnet sind (Abb. 3 RD 34.21.122-87); In diesem Fall wird die Dauer eines Gewitters für einen beliebigen Punkt im Intervall zwischen den beiden nächstgelegenen Linien festgelegt. Für einige Regionen der UdSSR wurden auf der Grundlage instrumenteller Studien regionale Karten der Dauer von Gewittern erstellt, diese Karten werden ebenfalls zur Verwendung empfohlen (siehe Anhang 2 RD34.21.122-87).

Auf diesem indirekten Weg (durch Daten über die Dauer von Gewittern) ist es möglich, eine Zonierung des Territoriums der UdSSR entsprechend der Dichte der Blitzeinschläge in den Boden einzuführen.

3. ANZAHL DER BLITZEINSCHLÄGE IN BODENEINRICHTUNGEN

Gemäß den Anforderungen der Tabelle. 1 RD 34.21.122-87 Für eine Reihe von Objekten ist die erwartete Anzahl von Blitzeinschlägen ein Indikator, der die Notwendigkeit eines Blitzschutzes und seine Zuverlässigkeit bestimmt. Daher ist es notwendig, diesen Wert in der Entwurfsphase des Objekts auszuwerten. Es ist wünschenswert, dass dieses Verfahren die bekannten Eigenschaften der Gewitteraktivität und andere Informationen über Blitze berücksichtigt.

Beim Zählen der Anzahl der Einschläge nach unten gerichteter Blitze wird folgende Darstellung verwendet: Ein hoch aufragendes Objekt nimmt Entladungen auf, die ohne seine Abwesenheit die Erdoberfläche eines bestimmten Bereichs (der sogenannten Rückzugsfläche) treffen würden. Dieser Bereich ist kreisförmig für ein konzentriertes Objekt (vertikales Rohr oder Turm) und rechteckig für ein ausgedehntes Objekt wie eine Freileitung. Die Anzahl der Treffer auf einem Objekt ist gleich dem Produkt aus der Kontraktionsfläche und der Dichte der Blitzentladungen an seinem Ort. Zum Beispiel für ein konzentriertes Objekt

wobei R0 der Kontraktionsradius ist; n ist die durchschnittliche jährliche Anzahl von Blitzeinschlägen pro 1 km2 Erdoberfläche. Für ein erweitertes Objekt mit Länge l

Die verfügbare Statistik der Schäden an unterschiedlich hohen Objekten in Gebieten mit unterschiedlicher Gewitterdauer ermöglichte es, den Zusammenhang zwischen dem Kontraktionsradius R0 und der Objekthöhe h grob zu bestimmen. Trotz der erheblichen Streuung kann man im Mittel R0 = 3h nehmen.

Die angegebenen Verhältnisse bilden die Grundlage der Formeln zur Berechnung der erwarteten Anzahl von Blitzeinschlägen von konzentrierten Objekten und Objekten mit bestimmten Abmessungen in Anhang 2 von RD 34.21.122-87. Die Blitzfestigkeit von Objekten ist direkt abhängig von der Dichte der Blitzentladungen im Erdreich und dementsprechend von der regionalen Gewitterdauer gemäß den Angaben der Anlage 2. Es ist davon auszugehen, dass die Wahrscheinlichkeit, ein Objekt zu treffen, z B. mit einer Zunahme der Amplitude des Blitzstroms, und hängt von anderen Parametern der Entladung ab. Die verfügbaren Schadensstatistiken wurden jedoch mit Methoden gewonnen (Fotografieren von Blitzeinschlägen, Registrieren mit speziellen Zählern), die es nicht erlauben, den Einfluss anderer Faktoren zu unterscheiden, mit Ausnahme der Intensität der Gewitteraktivität.

Schätzen wir nun mit Hilfe der Formeln in Anhang 2 ab, wie oft Gegenstände unterschiedlicher Größe und Form vom Blitz getroffen werden können. Beispielsweise ist bei einer durchschnittlichen Gewitterdauer von 40-60 Stunden pro Jahr in einem konzentrierten Objekt mit einer Höhe von 50 m (z. B. einem Schornstein) nicht mehr als eine Niederlage in 3-4 Jahren zu erwarten, und in einem Gebäude mit einer Höhe von 20 m und Abmessungen von 100 x 100 m (typisch in Bezug auf die Abmessungen für viele Produktionsarten) - nicht mehr als eine Niederlage in 5 Jahren. Daher ist ein Blitzeinschlag bei einer moderaten Größe von Gebäuden und Bauwerken (Höhe im Bereich von 20-50 m, Länge und Breite von etwa 100 m) ein seltenes Ereignis. Bei kleinen Gebäuden (mit Abmessungen von etwa 10 m) übersteigt die erwartete Anzahl von Blitzeinschlägen selten 0,02 pro Jahr, was bedeutet, dass während ihrer gesamten Lebensdauer nicht mehr als ein Blitzeinschlag auftreten kann. Aus diesem Grund ist gemäß RD 34.21.122-87 für einige kleine Gebäude (auch mit geringem Feuerwiderstand) der Blitzschutz überhaupt nicht vorgesehen oder wird erheblich vereinfacht.

Bei konzentrierten Objekten steigt die Anzahl der Einschläge nach unten gerichteter Blitze quadratisch mit der Höhe und beträgt in Gebieten mit mäßiger Gewitterdauer bei einer Objekthöhe von etwa 150 m ein bis zwei Einschläge pro Jahr. Aus konzentrierten Objekten größerer Höhe werden aufsteigende Blitze erregt, deren Anzahl ebenfalls proportional zum Quadrat der Höhe ist. Diese Vorstellung von der Anfälligkeit hoher Objekte wird durch Beobachtungen bestätigt, die auf dem 540 m hohen Ostankino-Fernsehturm durchgeführt wurden: Jährlich treten etwa 30 Blitzeinschläge auf, von denen mehr als 90% aufsteigende Entladungen sind, die Anzahl der nach unten gerichteten Blitzeinschläge bleibt bestehen auf dem Niveau von einem oder zwei pro Jahr. So hängt bei konzentrierten Objekten mit einer Höhe von mehr als 150 m die Anzahl der nachgeschalteten Blitzeinschläge wenig von der Höhe ab.

4. GEFÄHRLICHE AUSWIRKUNGEN VON BLITZ

Die Liste der Grundbegriffe (Anhang 1 von RD 34.21.122-87) listet die möglichen Arten von Blitzeinschlägen auf verschiedene Bodenobjekte auf. In diesem Abschnitt werden Informationen über die gefährlichen Auswirkungen von Blitzen detaillierter dargestellt.

Die Auswirkungen von Blitzen werden normalerweise in zwei Hauptgruppen unterteilt:

primär, verursacht durch einen direkten Blitzeinschlag, und sekundär, induziert durch nahe gelegene Entladungen oder durch ausgedehnte Metallkommunikation in das Objekt eingebracht. Die Gefahr eines direkten Einschlags und Sekundärwirkungen von Blitzen für Gebäude und Bauwerke und darin befindliche Personen oder Tiere wird einerseits durch die Parameter der Blitzentladung und andererseits durch die technologischen und strukturellen Eigenschaften von bestimmt das Objekt (das Vorhandensein von explosions- oder feuergefährdeten Zonen, Feuerwiderstand von Gebäudestrukturen, Art der Eingangskommunikation, ihre Position innerhalb des Objekts usw.). Ein direkter Blitzeinschlag verursacht folgende Auswirkungen auf das Objekt: elektrisch, verbunden mit der Niederlage von Menschen oder Tieren durch elektrischen Strom und dem Auftreten von Überspannung an den betroffenen Elementen. Die Überspannung ist proportional zur Amplitude und Steilheit des Blitzstroms, der Induktivität der Bauwerke und dem Widerstand der Erdungsleiter, über die der Blitzstrom zur Erde abgeleitet wird. Auch beim Blitzschutz können direkte Blitzeinschläge mit hohen Strömen und Steilheiten zu Überspannungen von mehreren Megavolt führen. Ohne Blitzschutz sind die Ausbreitungswege des Blitzstroms unkontrollierbar und sein Einschlag kann die Gefahr eines elektrischen Schlags, gefährlicher Schritt- und Berührungsspannungen und Überlagerungen mit anderen Objekten hervorrufen;

thermisch, verbunden mit einer starken Wärmefreisetzung beim direkten Kontakt des Blitzkanals mit dem Inhalt des Objekts und wenn der Blitzstrom durch das Objekt fließt. Die im Blitzkanal freigesetzte Energie wird durch die übertragene Ladung, die Blitzdauer und die Amplitude des Blitzstroms bestimmt; und in 95 % der Fälle von Blitzentladungen diese Energie (bezogen auf einen Widerstand von 1 Ohm) 5,5 J übersteigt, ist sie zwei bis drei Größenordnungen höher als die Mindestzündenergie der meisten verwendeten Gas-, Dampf- und Staub-Luft-Gemische Industrie. Daher besteht in solchen Umgebungen bei Kontakt mit dem Blitzkanal immer eine Zündgefahr (und in einigen Fällen eine Explosion), dasselbe gilt für Fälle, in denen der Blitzkanal Gebäude mit explosionsgefährdeten Außenanlagen durchdringt. Wenn der Blitzstrom durch dünne Leiter fließt, besteht die Gefahr, dass sie schmelzen und reißen;

mechanisch aufgrund einer sich aus dem Blitzkanal ausbreitenden Stoßwelle und elektrodynamische Kräfte, die mit Blitzströmen auf Leiter einwirken. Dieser Aufprall kann beispielsweise ein Abflachen von dünnen Metallrohren verursachen. Der Kontakt mit einem Blitzkanal kann bei einigen Materialien zu einer plötzlichen Dampf- oder Gasbildung führen, gefolgt von einem mechanischen Versagen, wie z. B. dem Spalten von Holz oder dem Brechen von Beton.

Sekundäre Manifestationen von Blitzen sind mit der Einwirkung des elektromagnetischen Feldes enger Entladungen auf das Objekt verbunden. Dieses Feld wird normalerweise in Form von zwei Komponenten betrachtet: Die erste ist auf die Ladungsbewegung im Leiter und im Blitzkanal zurückzuführen, die zweite auf die zeitliche Änderung des Blitzstroms. Diese Komponenten werden manchmal als elektrostatische und elektromagnetische Induktion bezeichnet.

Elektrostatische Induktion äußert sich in Form einer Überspannung, die an den Metallstrukturen eines Objekts auftritt und vom Blitzstrom, der Entfernung zum Einschlagsort und dem Widerstand der Erdungselektrode abhängt. In Ermangelung eines ordnungsgemäßen Erdungsleiters kann die Überspannung Hunderte von Kilovolt erreichen und ein Verletzungsrisiko für Personen und Überschneidungen zwischen verschiedenen Teilen des Objekts schaffen.

Elektromagnetische Induktion ist mit der Bildung von EMF in Metallkreisen verbunden, die proportional zur Steilheit des Blitzstroms und der vom Stromkreis abgedeckten Fläche ist. Ausgedehnte Kommunikationen in modernen Industriegebäuden können Stromkreise bilden, die eine große Fläche abdecken, in denen es möglich ist, eine EMF von mehreren zehn Kilovolt zu induzieren. An Konvergenzstellen ausgedehnter Metallstrukturen, in Lücken in offenen Stromkreisen besteht die Gefahr von Überschlägen und Funken mit möglicher Energiedissipation von etwa Zehntel Joule.

Eine andere Art gefährlicher Blitzeinwirkung ist die Drift von Hochpotential entlang der in das Objekt eingeführten Kommunikation (Drähte von Freileitungen, Kabeln, Rohrleitungen). Es ist eine Überspannung, die bei direkten und nahen Blitzeinschlägen in der Kommunikation auftritt und sich in Form einer auf das Objekt einfallenden Welle ausbreitet. Die Gefahr entsteht durch mögliche Überschneidungen von Kommunikationen zu den geerdeten Teilen des Objekts. Auch unterirdische Versorgungsleitungen stellen eine Gefahr dar, da sie einen Teil der sich im Boden ausbreitenden Blitzströme aufnehmen und in die Anlage einbringen können.

5. KLASSIFIZIERUNG GESCHÜTZTER GEGENSTÄNDE

Die Schwere der Folgen eines Blitzeinschlags hängt in erster Linie von der Explosions- oder Brandgefahr eines Gebäudes oder Bauwerks unter thermischer Einwirkung des Blitzes sowie Funken und Überlagerungen durch andere Arten von Einschlägen ab. Beispielsweise in Branchen, die ständig mit offenem Feuer, Verbrennungsprozessen, der Verwendung von feuerfesten Materialien und Konstruktionen in Verbindung gebracht werden, stellt der Fluss von Blitzstrom keine große Gefahr dar. Im Gegenteil, das Vorhandensein einer explosiven Umgebung innerhalb des Objekts wird die Gefahr von Zerstörung, menschlichen Opfern und großen materiellen Schäden schaffen.

Gleiche Anforderungen an den Blitzschutz aller Objekte bei so unterschiedlichen technischen Gegebenheiten zu stellen, hieße entweder in übermäßige Reserven zu investieren oder die Unvermeidbarkeit erheblicher Blitzschäden in Kauf zu nehmen. Daher wird in RD 34.21.122-87 ein differenzierter Ansatz zur Umsetzung des Blitzschutzes verschiedener Objekte angenommen, in Verbindung mit dem in Tabelle. 1 dieser Anweisung werden Gebäude und Bauwerke in drei Kategorien eingeteilt, die sich in der Schwere der möglichen Folgen eines Blitzeinschlags unterscheiden.

Kategorie I umfasst Betriebsstätten, in denen sich unter normalen technischen Bedingungen explosionsfähige Konzentrationen von Gasen, Dämpfen, Stäuben, Fasern befinden und bilden können. Jeder Blitzeinschlag, der eine Explosion verursacht, schafft nicht nur für dieses Objekt, sondern auch für in der Nähe befindliche Objekte eine erhöhte Zerstörungs- und Opfergefahr.

Kategorie II umfasst Industriegebäude und -konstruktionen, in denen das Auftreten einer explosiven Konzentration als Folge einer Verletzung des normalen technologischen Regimes auftritt, sowie Außenanlagen, die explosive Flüssigkeiten und Gase enthalten. Bei diesen Objekten stellt ein Blitzeinschlag nur dann eine Explosionsgefahr dar, wenn er mit einem technischen Unfall oder dem Betrieb von Atem- oder Notventilen in Außenanlagen zusammenfällt. Aufgrund der mäßigen Dauer von Gewittern auf dem Territorium der UdSSR ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese Ereignisse zusammenfallen, recht gering.

Kategorie III umfasst Gegenstände, deren Folgen mit einem geringeren Sachschaden verbunden sind als in einer explosionsgefährdeten Umgebung. Dazu gehören Gebäude und Bauwerke mit feuergefährlichen Räumlichkeiten oder Bauwerke mit geringem Feuerwiderstand, für die die Anforderungen an den Blitzschutz mit zunehmender Wahrscheinlichkeit, ein Objekt zu treffen (der erwarteten Anzahl von Blitzeinschlägen), strenger werden. Darüber hinaus umfasst die Kategorie III Gegenstände, bei deren Zerstörung die Gefahr elektrischer Einwirkungen auf Menschen und Tiere besteht: große öffentliche Gebäude, Viehställe, hohe Bauwerke wie Rohre, Türme, Denkmäler. Schließlich umfasst Kategorie III kleine Gebäude in ländlichen Gebieten, wo am häufigsten brennbare Strukturen verwendet werden. Laut Statistik machen diese Objekte einen erheblichen Teil der durch Gewitter verursachten Brände aus. Aufgrund der geringen Kosten dieser Gebäude wird ihr Blitzschutz durch vereinfachte Methoden ausgeführt, die keine erheblichen Materialkosten erfordern (S. 2.30).

Formal ist die Berechnung denkbar einfach. Es ist notwendig, den Bereich der Blitzeinschnürung in das Gebäude S st und deren spezifische Dichte n M an seinem Standort zu kennen. Das Produkt dieser Werte ergibt die durchschnittlich zu erwartende Anzahl direkter Blitzeinschläge pro Jahr:

N M = n M S st (1)

In den allermeisten praktischen Situationen ist N M T mol ≈ 1/N M (2)

In allen Referenzmaterialien wird der Wert von n M pro 1 km 2 pro Jahr angegeben. Daher wird der berechnete Wert von T mol in Jahren geschätzt. Ergibt sich beispielsweise N M = 0,03, so ist für 1: 0,03 ≈ 33 Betriebsjahre im Mittel mit einem Blitzeinschlag zu rechnen.

Der Begriff „Durchschnitt“ ist hier von entscheidender Bedeutung. Ein Blitzeinschlag in ein bestimmtes Gebäude passiert nicht unbedingt in 33 Jahren, vor diesem traurigen Ereignis kann es, wenn Sie kein Glück haben, nur 1 - 2 Jahre dauern, möglicherweise 100 Jahre (für die Glücklichen). Geschätzte Zeit ist gültig Durchschnitt. Es kann nur durch Langzeitstatistiken von Beobachtungen einer großen Anzahl von Gebäuden des gleichen Typs bestätigt werden.

Tabelle 1 ist dem normativen Dokument RD 34.21.122-87 entnommen.

Tabelle 1

Um den Wert von n M zu finden, müssen Sie zuerst auf die Karte der Gewitterdauer (sie ist auch in der Norm enthalten) Bezug nehmen, daraus die durchschnittliche jährliche Gewitterdauer für den Standort des betreffenden Gebäudes entfernen und dann ermittle unter Verwendung von Tabelle 1 das erforderliche n M . Unnötig zu sagen, wie ungefähr das Ergebnis der Berechnung sein wird. Ich würde gerne mit strengeren Zahlen arbeiten, die zum Beispiel durch ein System zur Fernaufzeichnung der Intensität der Gewitteraktivität mit einer räumlichen Auflösung von mindestens 200 - 500 m erhalten werden. Leider hat ein solches System im Gegensatz zu vielen technisch entwickelten Ländern noch nicht auf dem Territorium Russlands stationiert.

Es ist klar, dass es in der aktuellen Situation sinnlos ist, viel Mühe auf eine rigorose Berechnung der Kontraktionsfläche zu verwenden. Aufgrund der Erfahrung bei der Beobachtung von Strukturen unterschiedlicher Höhe wird angenommen, dass es auf eine Linie beschränkt ist, die vom äußeren Umfang des Objekts in einem Abstand von 3 seiner Höhe entfernt ist. Bauen ist einfach. Dann bleibt es, die begrenzte Fläche (innerhalb der blauen Linie in Abb. 1) mit einer beliebigen Methode zu berechnen, im Extremfall unter Verwendung der Zellen auf einem Millimeterpapier. Bei einer großen Unsicherheit im Wert von nM ist der Fehler bei der Berechnung der Fläche wahrscheinlich nicht signifikant.

Bild 1

Oft haben Bauelemente unterschiedliche Höhen. In diesem Fall kann der Kontraktionsradius aus der Höhe des höchsten Elements abgeschätzt werden. Das Ergebnis der erwarteten Schlagzahl gibt dann einen oberen Schätzwert. Um die Berechnung zu verfeinern, ist es notwendig, Flächen für alle Gebäudefragmente unterschiedlicher Höhe zu bauen und ihre gemeinsame Außengrenze zu ziehen, wie in Abb. 2. Die dadurch begrenzte Fläche ergibt eine aktualisierte Kontraktionsfläche für das Gebäude als Ganzes.

Figur 2

Die fertiggestellten Konstruktionen gelten nur für ein abgeschlossenes Gebäude. Benachbarte Gebäude oder hohe Bäume können das Ergebnis stark verändern. Stellen Sie sich ein Stadtgebiet oder eine Gartengenossenschaft vor, in der die Häuser fast Rücken an Rücken stehen. Ihre Blitzkontraktionszonen überlappen sich teilweise. Infolgedessen wird die erwartete Anzahl von Streiks in jedem der Häuser geringer sein. Bei vergleichbarer Höhe der Nachbarbebauung ist davon auszugehen, dass aus den überlagerten Abschnitten der Blitzeinschnürungszonen diese gleichmäßig auf die Häuser verteilt werden. Wenn die Höhen grundlegend unterschiedlich sind und sich ihre Kontraktionszonen um einen erheblichen Bruchteil überlappen, muss man auf eine Computerberechnung zurückgreifen. Dasselbe sollte getan werden, wenn der Kunde große Genauigkeit verlangt.

In der Praxis besteht selten die Notwendigkeit für verfeinerte Berechnungen. Eine Schätzung der Anzahl von Blitzeinschlägen für ein abgelegenes Gebäude kann immer als Grenze angesehen werden, und ein Fehler selbst auf der Ebene einer signifikanten Zahl ist aufgrund einer groben Schätzung der Dichte von Blitzentladungen auf dem Territorium Russlands durchaus akzeptabel .

Beschweren

Abschnitt 2. Kanalisation von Elektrizität

Kapitel 2.5. Freileitungen mit einer Spannung über 1 kV

Klimabedingungen und Belastungen

2.5.38. Bei der Berechnung von Freileitungen und ihren Elementen sollten klimatische Bedingungen berücksichtigt werden - Winddruck, Eiswanddicke, Lufttemperatur, Grad aggressiver Umwelteinflüsse, Intensität der Gewitteraktivität, Tanz von Drähten und Kabeln, Vibration.

Die Bestimmung der Auslegungsbedingungen für Wind und Eis sollte auf der Grundlage der einschlägigen Karten der Klimazoneneinteilung des Territoriums der Russischen Föderation (Abb. 2.5.1, 2.5.2 - siehe Farbeinlage) mit der Verfeinerung erfolgen ggf. nach oben oder unten ihrer Parameter nach regionalen Karten und langjährigen Materialbeobachtungen hydrometeorologischer Stationen und meteorologischer Posten für Windgeschwindigkeit, Masse, Größe und Art der Eisablagerungen. In wenig untersuchten Gebieten* können zu diesem Zweck spezielle Erhebungen und Beobachtungen organisiert werden.

* Zu den wenig untersuchten Gebieten gehören bergiges Gelände und Gebiete, in denen es nur eine repräsentative meteorologische Station pro 100 km Freileitung gibt, um die klimatischen Bedingungen zu charakterisieren.

Abb.2.5.1. Karte der Regionalisierung des Territoriums der Russischen Föderation nach Winddruck.

Abb.2.5.2. Karte der Zonierung des Territoriums der Russischen Föderation nach der Dicke der Eiswand.

In Ermangelung regionaler Karten werden die Werte der klimatischen Parameter verfeinert, indem die relevanten Daten von Langzeitbeobachtungen gemäß den methodischen Richtlinien (MU) zur Berechnung klimatischer Belastungen auf Freileitungen verarbeitet und regionale Karten mit einer Frequenz von 1 erstellt werden Zeit in 25 Jahren.

Grundlage für die Winddruckzonierung sind die Werte der maximalen Windgeschwindigkeiten mit einem 10-Minuten-Intervall von Durchschnittsgeschwindigkeiten in einer Höhe von 10 m mit einer Häufigkeit von 1 Mal in 25 Jahren. Die Eiszonierung erfolgt gemäß der maximalen Dicke der Wand von zylindrischen Eisablagerungen mit einer Dichte von 0,9 g/cm 3 auf einem Draht mit einem Durchmesser von 10 mm, der sich in einer Höhe von 10 m über dem Boden befindet, mit einer Frequenz 1 Mal in 25 Jahren.

Die Lufttemperatur wird auf der Grundlage von Daten von meteorologischen Stationen unter Berücksichtigung der Bestimmungen der Bauordnungen und Verordnungen und der Anweisungen dieser Verordnung bestimmt.

Die Intensität der Gewitteraktivität sollte aus regionalen Karten des Territoriums der Russischen Föderation nach der Anzahl der Gewitterstunden pro Jahr (Abb. 2.5.3 - siehe Farbeinlage), regionalen Karten, ggf. mit Präzisierung, bestimmt werden Wetterstationen über die durchschnittliche Jahresdauer von Gewittern.

Abb.2.5.3. Karte der Zonierung des Territoriums der Russischen Föderation nach der durchschnittlichen jährlichen Gewitterdauer in Stunden.

Der Grad der aggressiven Umweltbelastung wird unter Berücksichtigung der Bestimmungen von SNiPs und staatlichen Standards bestimmt, die Anforderungen für die Verwendung von Freileitungen, Kapitel 1.9 und die Anweisungen dieses Kapitels enthalten.

Die Bestimmung der Regionen anhand der Wiederholungshäufigkeit und Intensität des Tanzes von Drähten und Kabeln sollte gemäß der Zonenkarte des Territoriums der Russischen Föderation (Abb. 2.5.4 - siehe Farbbeilage) mit Klärung gemäß der Operation erfolgen Daten.

Abb.2.5.4. Karte der Zoneneinteilung des Territoriums der Russischen Föderation nach Drahttanz.

Entsprechend der Häufigkeit der Wiederholung und Intensität des Tanzes von Drähten und Kabeln wird das Territorium der Russischen Föderation in Gebiete mit mäßigem Tanz von Drähten (die Häufigkeit des Tanzes beträgt 1 Mal in 5 Jahren oder weniger) und mit häufigem und intensiver Tanz der Drähte (die Wiederholungshäufigkeit beträgt mehr als 1 Mal in 5 Jahren).

2.5.39. Bei der Bestimmung der klimatischen Bedingungen sollte der Einfluss der Merkmale des Mikroreliefs des Geländes (kleine Hügel und Mulden, hohe Böschungen, Schluchten, Balken usw.) auf die Intensität der Vereisung und die Windgeschwindigkeit sowie in Berggebieten berücksichtigt werden - die Merkmale des Mikro- und Mesorreliefs des Geländes (Bergkämme, Hänge, plateauähnliche Bereiche, Talsohlen, Zwischengebirgstäler usw.).

2.5.40. Die Werte der maximalen Winddrücke und Eiswanddicken für Freileitungen werden in einer Höhe von 10 m über dem Boden mit einer Häufigkeit von 1 Mal in 25 Jahren (Richtwerte) ermittelt.

2.5.41. Normaler Winddruck W 0 , was einem 10-minütigen Mittelungsintervall der Windgeschwindigkeit entspricht ( v 0) in einer Höhe von 10 m über dem Boden wird gemäß Tabelle 2.5.1 gemäß der Zonenkarte des Territoriums Russlands durch Winddruck (Abb. 2.5.1) oder gemäß regionalen Zonenkarten genommen.

Tabelle 2.5.1. Normaler Winddruck W 0 in einer Höhe von 10 m über dem Boden.

Der bei der Verarbeitung von Wetterdaten erhaltene normative Winddruck sollte auf den nächsthöheren Wert aus Tabelle 2.5.1 aufgerundet werden.

Winddruck W bestimmt durch die Formel Pa

Winddrücke über 1500 Pa sollten auf das nächsthöhere Vielfache von 250 Pa aufgerundet werden.

Für 110-750-kV-Freileitungen sollte der Standardwinddruck mindestens 500 Pa betragen.

Für Freileitungen, die in schwer zugänglichen Gebieten errichtet werden, wird empfohlen, den Winddruck für das entsprechende Gebiet um einen Faktor höher anzusetzen, als der für die jeweilige Region gemäß regionalen Flächennutzungsplänen oder basierend auf der Verarbeitung von Langzeitbeobachtungen akzeptierte.

2.5.42. Für Abschnitte von Freileitungen, die unter Bedingungen errichtet wurden, die eine starke Zunahme der Windgeschwindigkeiten begünstigen (hohes Ufer eines großen Flusses, ein Hügel, der sich stark von der Umgebung abhebt, Kammzonen von Kämmen, für starke Winde offene Täler zwischen den Bergen, ein Küstenstreifen von Meeren und Ozeanen, großen Seen und Stauseen im Umkreis von 3-5 km), sollte der Standardwinddruck in Ermangelung von Beobachtungsdaten um 40 % gegenüber dem für das gegebene Gebiet angenommenen erhöht werden. Die erhaltenen Werte sollten auf den nächsten in Tabelle 2.5.1 angegebenen Wert aufgerundet werden.

2.5.43. Standardwinddruck bei Eis W g mit einer Häufigkeit von 1 Mal in 25 Jahren wird durch die Formel 2.5.41 bestimmt, entsprechend der Windgeschwindigkeit mit Eis v G.

Windgeschwindigkeit v r wird nach der regionalen Zonierung von Windlasten bei Eisgang genommen oder aus Beobachtungsdaten gemäß den Richtlinien zur Berechnung klimatischer Lasten ermittelt. In Ermangelung regionaler Karten und Beobachtungsdaten. Für Freileitungen bis 20 kV sollte der Standardwinddruck bei Eis mindestens 200 Pa betragen, für Freileitungen 330-750 kV - mindestens 160 Pa.

Standard-Winddrücke (Windgeschwindigkeiten) mit Eis werden auf die nächsten folgenden Werte aufgerundet, Pa (m/s): 80 (11), 120 (14), 160 (16), 200 (18), 240 (20), 280 (21), 320 (23), 360 (24).

Werte größer als 360 Pa sollten auf das nächste Vielfache von 40 Pa gerundet werden.

2.5.44. Der Winddruck auf die Drähte der Freileitung wird bestimmt durch die Höhe des reduzierten Schwerpunkts aller Drähte, auf die Kabel – durch die Höhe des Schwerpunkts der Kabel, auf die Struktur der Freileitungen – durch die Höhe der Mittelpunkte der Zonen, gezählt von der Markierung der Erdoberfläche am Aufstellungsort der Stütze. Die Höhe jeder Zone sollte nicht mehr als 10 m betragen.

Für verschiedene Höhen des Schwerpunkts von Drähten, Kabeln sowie den Mittelpunkten der Zonen des Baus von Freileitungen wird der Winddruck bestimmt, indem sein Wert mit dem Koeffizienten multipliziert wird K w , genommen nach Tabelle 2.5.2.

Tabelle 2.5.2. Koeffizientenänderung K w in der Höhe je nach Art des Geländes.

Notiz. Geländetypen folgen den Definitionen in 2.5.6.

Die resultierenden Winddruckwerte sollten auf eine ganze Zahl aufgerundet werden. Für Zwischenhöhen die Werte der Koeffizienten K w werden durch lineare Interpolation bestimmt.

Die Höhe des reduzierten Schwerpunkts von Drähten oder Kabeln h pr für die Gesamtspannweite wird durch die Formel m bestimmt

,

wo h cр - arithmetischer Mittelwert der Befestigungshöhe von Drähten an Isolatoren oder arithmetischer Mittelwert der Befestigungshöhe von Kabeln an einer Stütze, gezählt von den Bodenmarkierungen an den Installationsorten der Stützen, m;

f- Durchhang des Drahtes oder Kabels in der Mitte der Spannweite bei der höchsten Temperatur, m

2.5.45. Bei der Berechnung von Drähten und Kabeln sollte der Wind in einem Winkel von 90 ° zur Achse der Freileitung genommen werden.

Bei der Berechnung der Stützen ist der Wind in einem Winkel von 0°, 45° und 90° zur Oberleitungsachse gerichtet anzusetzen, während bei den Eckstützen die Richtung der Winkelhalbierenden des äußeren Drehwinkels gebildet wird durch angrenzende Streckenabschnitte wird als Achse der Freileitung angenommen.

2.5.46. Normative Eiswanddicke b e mit einer Dichte von 0,9 g / cm 3 sollte gemäß Tabelle 2.5.3 gemäß der Zonierungskarte des Territoriums Russlands gemäß der Dicke der Eiswand (siehe Abb. 2.5.2) oder nach Region genommen werden Zonenkarten.

Tabelle 2.5.3. Normative Eiswanddicke b e für eine Höhe von 10 m über dem Boden.

Es wird empfohlen, die normativen Dicken der Eiswände, die während der Verarbeitung meteorologischer Daten erhalten wurden, auf den nächsthöheren Wert in Tabelle 2.5.3 zu runden.

In besonderen Eisgebieten ist die aus Wetterdaten gewonnene Dicke der Eiswand, aufgerundet auf 1 mm, zu nehmen.

Für 330-750-kV-Freileitungen sollte die Standarddicke der Eiswand mindestens 15 mm betragen.

Für Freileitungen, die in schwer zugänglichen Gebieten gebaut werden, wird empfohlen, die Dicke der Eiswand entsprechend der Fläche um eins höher anzusetzen als die, die für die jeweilige Region gemäß den regionalen Flächennutzungsplänen oder aufgrund der Verarbeitung meteorologischer Daten akzeptiert wird.

2.5.47. In Ermangelung von Beobachtungsdaten für Abschnitte von Freileitungen, die durch Dämme und Dämme von Wasserbauwerken verlaufen, in der Nähe von Kühlteichen, Kühltürmen, Sprühbecken in Gebieten mit einer niedrigeren Temperatur über minus 45 ° C, I Standard-Eiswanddicke b e sollte 5 mm mehr genommen werden als für angrenzende Abschnitte von Freileitungen und für Bereiche mit einer niedrigeren Temperatur von minus 45 ° und weniger - 10 mm.

2.5.48. Die normative Windlast bei Eis auf dem Draht (Kabel) wird nach 2.5.52 unter Berücksichtigung der bedingten Dicke der Eiswand ermittelt b y, der nach der regionalen Zonierung der Windlasten bei Eis angenommen oder nach den Richtlinien zur Berechnung der klimatischen Lasten berechnet wird. In Ermangelung regionaler Karten und Beobachtungsdaten b y= b e.

2.5.49. Dicke der Eiswand ( bäh, b s) auf den Drähten der Freileitung wird in Höhe des reduzierten Schwerpunkts aller Drähte bestimmt, auf den Kabeln - in Höhe des Schwerpunkts der Kabel. Die Höhe des reduzierten Schwerpunkts von Drähten und Kabeln wird nach 2.5.44 bestimmt.

Die Wanddicke von Eis auf Drähten (Kabeln) in einer Höhe ihres reduzierten Schwerpunkts von mehr als 25 m wird durch Multiplikation ihres Werts mit den Koeffizienten bestimmt K Ich und K d genommen gemäß Tabelle 2.5.4. In diesem Fall sollte die anfängliche Eiswanddicke (für eine Höhe von 10 m und einen Durchmesser von 10 mm) ohne die in 2.5.47 vorgesehene Erhöhung angenommen werden. Die erhaltenen Werte der Eiswandstärke werden auf 1 mm aufgerundet.

Tabelle 2.5.4. Chancen K Ich und K d , wobei Änderungen in der Dicke der Eiswand berücksichtigt werden.

Notiz. Für Zwischenhöhen und -durchmesser werden die Werte der Koeffizienten K i und K d durch lineare Interpolation bestimmt.

Wenn die Höhe des reduzierten Schwerpunkts der Drähte oder Kabel bis zu 25 m beträgt, werden keine Korrekturen für die Dicke der Eiswand auf den Drähten und Kabeln in Abhängigkeit von der Höhe und dem Durchmesser der Drähte und Kabel eingeführt.

2.5.50. Für Abschnitte von Freileitungen, die in Berggebieten entlang orographisch geschützter gewundener und enger Hangtäler und Schluchten errichtet werden, gilt unabhängig von der Höhe des Gebiets über dem Meeresspiegel die normative Dicke der Eiswand b e wird empfohlen, nicht mehr als 15 mm zu nehmen. In diesem Fall sollte man den Koeffizienten nicht berücksichtigen K ich .

2.5.51. Lufttemperaturen – der Jahresdurchschnitt, der niedrigste, der als absolutes Minimum genommen wird, der höchste, der als absolutes Maximum genommen wird – werden durch Bauvorschriften und -vorschriften und aus Beobachtungsdaten bestimmt, auf Vielfache von fünf gerundet.

Lufttemperatur bei Standardwinddruck W 0 sollte gleich minus 5 °C genommen werden, mit Ausnahme von Gebieten mit einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von minus 5 °C und darunter, für die minus 10 °C angenommen werden sollte.

Die Lufttemperatur bei eisigen Bedingungen für Gebiete mit Höhen bis zu 1000 m über dem Meeresspiegel sollte mit minus 5 °C angenommen werden, während für Gebiete mit einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von minus 5 °C und darunter die Lufttemperatur bei eisigen Bedingungen angenommen werden sollte gleich minus 10 °C genommen werden. Für Berggebiete mit Höhen über 1000 m und bis zu 2000 m sollte die Temperatur gleich minus 10 ° C, mehr als 2000 m - minus 15 ° C angenommen werden. In Gebieten, in denen die Temperatur bei Eis unter minus 15 °C liegt, sollte nach den tatsächlichen Daten gemessen werden.

wo α w - Koeffizient unter Berücksichtigung der Ungleichmäßigkeit des Winddrucks entlang der Spannweite der Freileitung, angenommen gleich:

Zwischenwerte α w werden durch lineare Interpolation bestimmt;

K l ist ein Koeffizient, der den Einfluss der Spannweite auf die Windlast berücksichtigt, gleich 1,2 für eine Spannweite bis 50 m, 1,1 für 100 m, 1,05 für 150 m, 1,0 für 250 m oder mehr (Zwischenwerte K l werden durch Interpolation ermittelt);

K w ist ein Koeffizient, der die Änderung des Winddrucks entlang der Höhe in Abhängigkeit von der Art des Geländes berücksichtigt, bestimmt gemäß Tabelle 2.5.2;

C x - Luftwiderstandsbeiwert, angenommen gleich: 1,1 - für eisfreie Drähte und Kabel mit einem Durchmesser von 20 mm oder mehr; 1.2 - für alle mit Eis bedeckten Drähte und Kabel und für alle eisfreien Drähte und Kabel mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm;

W– Standardwinddruck, Pa, im betrachteten Modus:

W=W0– wird nach Tabelle 2.5.1 in Abhängigkeit vom Windgebiet bestimmt;

W = W g– bestimmt nach 2.5.43;

F- Fläche des diametralen Längsabschnitts des Drahtes, m 2 (mit Eis unter Berücksichtigung der bedingten Dicke der Eiswand b j);

φ ist der Winkel zwischen der Windrichtung und der Achse der Freileitung.

Der Bereich des diametralen Längsschnitts des Drahtes (Kabel) F bestimmt durch die Formel m 2

,

wo d– Drahtdurchmesser, mm;

K i und K d- Koeffizienten, die die Änderung der Dicke der Eiswand entlang der Höhe und in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser berücksichtigen und gemäß Tabelle 2.5.4 bestimmt werden;

b y – bedingte Eiswanddicke, mm, wird gemäß 2.5.48 genommen;

Ich - Windspannweite, m

2.5.53. Gesetzliche lineare Eislast pro 1 m Draht und Kabel P g n wird durch die Formel N/m bestimmt

wo K i und K d Koeffizienten, die die Änderung der Dicke der Eiswand entlang der Höhe und in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser berücksichtigen und gemäß Tabelle 2.5.4 verwendet werden;

b e – Eiswanddicke, mm, nach 2.5.46;

d– Drahtdurchmesser, mm;

ρ - die Dichte von Eis, angenommen gleich 0,9 g / cm 3;

g- Beschleunigung im freien Fall, angenommen gleich 9,8 m/s 2 .

,

wo P w n - Standard-Windlast nach 2.5.52;

Υ nw ist der Zuverlässigkeitsfaktor für die Verantwortung, angenommen gleich: 1,0 - für Freileitungen bis 220 kV; 1.1 - für 330-750-kV-Freileitungen und auf Zweikreis- und Mehrkreisträgern errichtete Freileitungen, unabhängig von der Spannung, sowie für einzelne besonders kritische Einkreis-Freileitungen bis 220 kV, sofern begründet;

Υ p - regionaler Koeffizient, genommen von 1 bis 1,3. Der Wert des Koeffizienten wird auf der Grundlage von Betriebserfahrungen ermittelt und ist im Auftrag für die Auslegung von Freileitungen angegeben;

Υ f ist der Windlastsicherheitsfaktor gleich 1,1.

2.5.55. Geschätzte lineare Eislast pro 1 m Draht (Kabel) P g.p bei der mechanischen Berechnung von Drähten und Kabeln nach der Methode der zulässigen Spannungen wird durch die Formel N / m bestimmt

,

wo P r n - normative lineare Eislast, akzeptiert nach 2.5.53;

Υ nw - Zuverlässigkeitsfaktor für die Verantwortung, angenommen gleich: 1,0 - für Freileitungen bis 220 kV; 1.3 - für 330-750-kV-Freileitungen und auf Zweikreis- und Mehrkreisträgern errichtete Freileitungen, unabhängig von der Spannung, sowie für einzelne besonders kritische Einkreis-Freileitungen bis 220 kV, sofern begründet;

Υ p ist ein regionaler Koeffizient von 1 bis 1,5. Der Wert des Koeffizienten wird auf der Grundlage von Betriebserfahrungen ermittelt und ist im Auftrag für die Auslegung von Freileitungen angegeben;

Υ f ist der Zuverlässigkeitskoeffizient für die Eislast, gleich 1,3 für die Eisgebiete I und II; 1.6 - für Gebiete auf Eis III und darüber;

Υ d ist der Koeffizient der Arbeitsbedingungen, gleich 0,5.

2.5.56. Bei der Berechnung der Annäherungen stromführender Teile an Bauwerke, Bepflanzungen und Stützelemente wird die rechnerische Windlast auf Drähte (Kabel) nach 2.5.54 ermittelt.

2.5.57. Bei der Bestimmung der Abstände von Drähten zur Bodenoberfläche und zu geschnittenen Objekten und Bepflanzungen wird die berechnete lineare Eislast auf Drähte gemäß 2.5.55 genommen.

2.5.58. Die normative Windlast auf das Tragwerk ist definiert als Summe aus Mittelwert und Pulsationsanteil.

2.5.59. Gesetzlich vorgeschriebener mittlerer Anteil der Windlast auf der Stütze Q c n wird durch die Formel N bestimmt

,

wo K w - angenommen gemäß 2.5.44; W– angenommen gemäß 2.5.52; C x - aerodynamischer Koeffizient, der je nach Art der Struktur gemäß den Bauvorschriften und -vorschriften bestimmt wird;

EIN- Projektionsfläche, begrenzt durch die Kontur des Bauwerks, seines Teils oder Elements von der Luvseite auf eine Ebene senkrecht zur Windströmung, berechnet aus der Außenabmessung, m 2.

Für Mastkonstruktionen aus gewalztem Stahl, mit Eis bedeckt, bei der Bestimmung EIN Vereisung des Bauwerks mit der Dicke der Eiswand berücksichtigt b y mit einer Stützhöhe von mehr als 50 m sowie für Regionen mit Eis V und darüber, unabhängig von der Höhe der Stützen.

Für Stahlbeton- und Holzmasten sowie Stahlmasten mit Rohrelementen, Vereisung von Bauwerken bei der Lastermittlung Q c n wird nicht berücksichtigt.

2.5.60. Regulatorische Pulsationskomponente der Windlast* Q p n für Stützen bis 50 m Höhe wird akzeptiert:

für freistehende Einsäulen-Stahlmasten:

für freistehende Portal-Stahlstützen:

für freistehende Stahlbetonstützen (Portal und Einsäule) auf Schleudergestellen:

für freistehende einsäulige Stahlbetonmasten von Freileitungen bis 35 kV:

für Stahl- und Stahlbetonstützen mit Streben bei gelenkiger Befestigung am Fundament:

Der normative Wert des schwellenden Anteils der Windlast für freistehende Stützen mit einer Höhe von mehr als 50 m sowie für andere Arten von Stützen, die oben nicht aufgeführt sind, wird unabhängig von ihrer Höhe gemäß den Bauvorschriften und ermittelt Regeln für Belastungen und Stöße.

Bei der Berechnung von Holzstützen wird der schwellende Anteil der Windlast nicht berücksichtigt.

2.5.61. Normative Eislast auf die Strukturen von Metallstützen J n wird durch die Formel N bestimmt

,

wobei - gemäß 2.5.53 akzeptiert werden;

- Koeffizient, der das Verhältnis der Oberfläche des vereisungsgefährdeten Elements zur Gesamtoberfläche des Elements berücksichtigt und gleichgesetzt wird mit:

0,6 - für Eisflächen bis IV mit einer Stützenhöhe von mehr als 50 m und für Eisflächen V und darüber, unabhängig von der Höhe der Stützen;

EIN 0 - Fläche der Gesamtfläche des Elements, m 2.

Bei Eisflächen bis IV mit einer Stützhöhe von weniger als 50 m werden Eisablagerungen auf den Stützen nicht berücksichtigt.

Bei Stahlbeton- und Holzmasten sowie Stahlmasten mit Rohrelementen werden Eisablagerungen nicht berücksichtigt.

2.5.62. Die von den Stützen wahrgenommene Bemessungswindlast auf den Drähten (Kabeln) wird durch die Formel N bestimmt

,

– wird gemäß 2.5.54 akzeptiert;

- Sicherheitsfaktor für Windlast, gleich für eisbedeckte und eisfreie Drähte (Kabel):

,

wo Q n c ist die normative mittlere Komponente der Windlast, angenommen gemäß 2.5.59;

Q n p ist die normative pulsierende Komponente der Windlast, genommen nach 2.5.60;

Υ nw, Υ

Υ f ist der Windlastsicherheitsfaktor gleich:

1.3 - bei der Berechnung für die erste Gruppe von Grenzzuständen;

1.1 - bei der Berechnung für die zweite Gruppe von Grenzzuständen.

wo Υ nw, Υ p werden gemäß 2.5.54 akzeptiert;

K w wird nach 2.5.44 genommen;

Durchschnittliche jährliche Dauer von Gewittern. Spezifische Dichte von Blitzeinschlägenn M.. Kontraktionsradius Rst.. Anzahl der direkten Blitzeinschläge in das Objekt.. Grad der Blitzgefährdung.

Die Aufgabe des Planers besteht darin, ein zuverlässiges und zweckmäßiges Blitzschutzsystem für das Objekt im Projekt bereitzustellen. Um eine ausreichende Menge an Schutzmaßnahmen zu ermitteln, die einen wirksamen Blitzschutz bieten, ist es notwendig, sich die vorhersehbare Anzahl direkter Blitzeinschläge in das zu schützende Bauwerk vorzustellen. BEIZunächst einmal hängt die Häufigkeit direkter Blitzeinschläge von der Gewitterhäufigkeit am Ort des Objekts ab.

So gibt es jenseits des Polarkreises fast keine Gewitter, und in den südlichen Regionen des Nordkaukasus, im Krasnodar-Territorium, in der subtropischen Zone oder in einigen Regionen Sibiriens und des Fernen Ostens sind Gewitter ein häufiges Phänomen. Zur Beurteilung der Gewitteraktivität gibt es regionale Gewitterintensitätskarten, die die durchschnittliche Gewitterdauer in Stunden pro Jahr angeben. Natürlich sind diese Karten alles andere als perfekt. Dennoch eignen sie sich für indikative Schätzungen. Für den zentralen Teil Russlands können wir beispielsweise von 30–60 Gewitterstunden pro Jahr sprechen, was 2–4 Blitzeinschlägen pro Jahr pro 1 km entspricht 2 Erdoberfläche.

Spezifische Dichte von Blitzentladungen

Durchschnittliche jährliche Anzahl von Blitzeinschlägen pro 1 km 2 Erdoberfläche oder die spezifische Dichte von Blitzentladungen ( n M) wird nach meteorologischen Beobachtungen am Standort des Objekts bestimmt. Wenn es unbekannt ist, kann es mit der folgenden Formel berechnet werden:

n M = 6,7*T d /100 (1/km 2 Jahr)

Abschätzung der Häufigkeit von Blitzeinschlägen durch den Kontraktionsradius

Nachdem die spezifische Dichte der Blitzentladungen bestimmt wurde, muss der Konstrukteur abschätzen, welcher Anteil dieser Blitzeinschläge in das geschützte Objekt einschlagen wird.
Eine Abschätzung kann anhand des Kontraktionsradius (Rst) erfolgen. Die Erfahrung zeigt, dass ein Objekt der Höhe h im Mittel alle Blitze aus einer Entfernung bis zu: Erste ≈ 3h.

Dies ist der Kontraktionsradius. Im Plan muss eine Linie gezeichnet werden, die vom Außenumfang des Objekts um einen Abstand Rst getrennt ist. Die Linie begrenzt den Kontraktionsbereich (Sst). Es kann mit allen verfügbaren Methoden berechnet werden (zumindest durch Zellen auf einem Millimeterpapier).

Eine solche Abschätzung eignet sich auch für komplex geformte Objekte, deren einzelne Fragmente grundsätzlich unterschiedliche Höhen aufweisen. In der Nähe jedes der Fragmente wird basierend auf ihrer spezifischen Höhe eine Kurve konstruiert, die ihren eigenen Kontraktionsbereich begrenzt. Natürlich überlappen sie sich teilweise. Es sollte nur die durch die äußere Hülle begrenzte Fläche berücksichtigt werden, wie in Abb. 1. Dieser Bereich bestimmt die erwartete Anzahl von Blitzeinschlägen.
Abb.1

Die Anzahl der direkten Blitzeinschläge in das Schutzobjekt wird einfach bestimmt: Der in Quadratkilometern ausgedrückte Wert der Kontraktionsfläche wird mit der spezifischen Dichte der Blitzentladungen multipliziert:

N M = n M*St.

Praktische Schlussfolgerungen

Aus dieser Methodik ergeben sich mehrere offensichtliche Implikationen.
Erstens ist die Anzahl der Blitzeinschläge in ein einzelnes konzentriertes Objekt wie einen Turm oder eine Stütze, dessen Höhe viel größer ist als andere Gesamtabmessungen, proportional zum Quadrat seiner Höhe (Sst=π(3h) 2 ) und für ausgedehnte Objekte (z. B. in der Nähe einer Stromleitung) - proportional zur Höhe bis zum ersten Grad. Andere Konfigurationsobjekte nehmen eine Zwischenstellung ein.

Zweitens, wenn sich viele Objekte auf einem begrenzten Gebiet ansammeln, wenn sich ihre Engstellen teilweise überlappen (Stadtentwicklung), wird die Anzahl der Blitzeinschläge in jedes der Objekte merklich geringer sein als in dasselbe Objekt auf einem offenen Gebiet.
Bei dichter Bebauung, wenn der freie Raum zwischen Objekten viel geringer ist als ihre Höhe, sammelt jedes der Objekte praktisch nur Blitze aus dem Bereich seines Daches, und seine Höhe spielt keine nennenswerte Rolle mehr . All dies wird durch die Betriebserfahrung überzeugend bestätigt.

Der Grad der Blitzgefahr

Bei der Beurteilung des Gefährlichkeitsgrades von Blitzen gibt es eine Nuance, die sich am besten anhand eines Beispiels erklären lässt. Nehmen wir an, dass die Anzahl der Einschläge auf einen 30 m hohen Antennenmast abgeschätzt wird und wir mit guter Genauigkeit annehmen können, dass seine Kontraktionsfläche ein Kreis mit einem Radius Rst ≈ 3h = 90 m ist und gleich Sst = 3,14*(90) ist. 2 ≈25.000 m 2 = 0,025 km 2 .

Wenn am Standort des Mastes die spezifische Dichte der Blitzentladungen n M\u003d 2, dann sollte der Mast im Durchschnitt jährlich Nm \u003d 0,025 x 2 \u003d 0,05 Blitzeinschläge aufnehmen. Das bedeutet, dass im Durchschnitt alle 1/Nm = 20 Betriebsjahre 1 Blitz einschlägt. Wann dies tatsächlich der Fall sein wird, lässt sich natürlich nicht vorhersagen: Es kann jederzeit mit gleicher Wahrscheinlichkeit eintreten, sowohl im ersten als auch im zwanzigsten Betriebsjahr.

Wenn wir die Blitzgefährdung für einen bestimmten Antennenmast aus Sicht der Handybesitzer bewerten, dann können wir wahrscheinlich einen Kommunikationsabbruch hinnehmen, der einmal in 20 Betriebsjahren auftreten kann. Die Telefongesellschaft selbst kann einen grundlegend anderen Ansatz verfolgen. Betreibt es nicht eine, sondern 100 Antennenanlagen, dann wird sich das Unternehmen mit der Aussicht auf jährliche Reparaturen von durchschnittlich 100/20 = 5 Antenneneinheiten kaum zufrieden geben.

Es sollte auch gesagt werden, dass die Schätzung der Häufigkeit direkter Blitzeinschläge an sich wenig aussagt. Tatsächlich ist nicht die Häufigkeit von Blitzeinschlägen wichtig, sondern die Einschätzung der Wahrscheinlichkeit möglicher zerstörerischer Folgen davon, die es ermöglicht, die Machbarkeit bestimmter Blitzschutzmaßnahmen zu bestimmen. Lesen Sie mehr über diesen Blogartikel: