El efecto protector de un pararrayos se basa en el hecho de que el rayo cae sobre las estructuras metálicas más altas y bien conectadas a tierra. Por lo tanto, la estructura no será alcanzada por un rayo si está ubicada en la zona de protección del pararrayos. Zona de protección de pararrayos: una parte del espacio adyacente al pararrayos, que brinda protección a la estructura contra impactos directos de rayos con un grado suficiente de confiabilidad (99 %).

Los cambios rápidos en la corriente del rayo generan inducción electromagnética - inducción de potenciales en circuitos metálicos abiertos, creando el peligro de chispas en lugares donde estos circuitos se acercan entre sí. Esto se llama la manifestación secundaria del relámpago.

También es posible llevar altos potenciales eléctricos inducidos por rayos al interior del edificio protegido a lo largo de estructuras metálicas externas y comunicaciones.

La protección contra la inducción electrostática se logra conectando cajas metálicas de equipos eléctricos a una puesta a tierra protectora oa un conductor de puesta a tierra especial.

Para protegerse contra la introducción de altos potenciales, las comunicaciones metálicas subterráneas, al ingresar al objeto protegido, se conectan a los electrodos de tierra para proteger contra la inducción electrostática o el equipo eléctrico.

Los pararrayos consisten en una pieza de soporte (soporte), un pararrayos, un conductor de bajada y un electrodo de tierra. Hay dos tipos de pararrayos: de varilla y de cable. Pueden ser independientes, aislados y no aislados del edificio o estructura protegida (Fig. 86, a-c).

pararrayos: varilla simple pararrayos: doble varilla pararrayos: antena

Arroz. 86. Tipos de pararrayos y sus zonas de protección:

a - varilla simple; b - varilla doble; c - antena; 1 - pararrayos; 2 - conductor de bajada, 3 - puesta a tierra

Los pararrayos de varilla son uno, dos o más pararrayos verticales instalados en o cerca de la estructura protegida. Pararrayos de cable: uno o dos cables horizontales, cada uno fijado en dos soportes, a lo largo de los cuales se coloca un conductor de bajada, conectado a un electrodo de tierra separado; Los soportes para pararrayos están instalados en el objeto protegido o cerca de él. Como pararrayos se utilizan varillas redondas de acero, tubos, cable de acero galvanizado, etc.. Las bajantes son de acero de cualquier calidad y perfil con una sección mínima de 35 mm2. Todas las partes de los pararrayos y los conductores de bajada están conectadas mediante soldadura.

Los seccionadores de puesta a tierra son superficiales, profundos y combinados, fabricados en acero de varias secciones o tubos. Los electrodos de tierra de superficie (tira, horizontal) se colocan a una profundidad de 1 m o más desde la superficie de la tierra en forma de uno o más haces de hasta 30 m de largo. 8 m (desde el extremo superior del electrodo de tierra hasta el suelo superficie).

La resistencia del electrodo de tierra para cada pararrayos independiente no debe exceder los 10 ohmios para la protección contra rayos de edificios y estructuras de categorías I y II y categoría III - 20 ohmios.

4. Dispositivo de puesta a tierra.

El concepto de la resistencia del dispositivo de puesta a tierra del soporte de la línea aérea a la corriente del rayo. Un dispositivo de puesta a tierra es una estructura hecha de materiales eléctricamente conductores, que sirve para drenar la corriente a tierra. Sus principales elementos estructurales son los interruptores de puesta a tierra y los conductores de puesta a tierra. Un conductor de puesta a tierra es un conductor (electrodo) o un conjunto de conductores metálicos interconectados (electrodos) que están en contacto con la tierra. Un conductor de puesta a tierra es un conductor que conecta las partes puestas a tierra al electrodo de tierra. La función principal que realiza el dispositivo de puesta a tierra del soporte de la línea aérea es la de retirar la corriente del rayo a tierra, es decir, reducir la posibilidad (probabilidad) de flameos inversos cuando el rayo cae sobre el soporte y el cable de tierra. A diferencia de los flameos convencionales causados ​​por la humedad o la contaminación del aislamiento, la corriente del rayo crea un potencial eléctrico en el poste, mucho más alto que el potencial del conductor de fase, y así el flameo ocurre en la dirección opuesta. Cuanto menor sea la resistencia del dispositivo de puesta a tierra, menor será la posibilidad de descarga disruptiva inversa. La resistencia del dispositivo de puesta a tierra es la relación entre el voltaje en el dispositivo de puesta a tierra y la corriente que fluye desde el electrodo de puesta a tierra a tierra. La resistencia del dispositivo de puesta a tierra no es el único parámetro que afecta la probabilidad de retroceso de destellos. También tienen un impacto significativo: la longitud de la cadena de aisladores; altura del cable de protección contra rayos y del cable de fase; la distancia entre el cable y el alambre, etc. Con un aumento en la longitud de la guirnalda, por ejemplo, aumenta la resistencia eléctrica del espacio de aire correspondiente y, por lo tanto, disminuye la probabilidad de superposición inversa. Este debería ser el caso al aumentar la clase de voltaje de línea. Sin embargo, para las líneas de mayor voltaje, la altura de los postes también aumenta, lo que conduce a un aumento en el número de impactos de rayos en los postes y en el cable de tierra. La inductancia del soporte también aumenta, lo que aumenta la probabilidad de descargas disruptivas inversas. La corriente del rayo, al incidir en el soporte, se propaga a lo largo del cable de protección contra el rayo. La corriente en el cable induce corrientes en el alambre y el soporte, lo que en última instancia conduce a un aumento en el voltaje aplicado al espacio de aislamiento alambre - soporte. Por lo tanto, la probabilidad de un flameo inverso cuando un rayo cae sobre un poste es un valor funcional complejo que depende de una serie de parámetros. Si todos los parámetros, excepto la resistencia del dispositivo de puesta a tierra, se consideran constantes, es decir, dado un cierto tipo de soporte, entonces es posible calcular la curva de probabilidad de superposiciones posteriores. A continuación se muestran los datos iniciales para el cálculo de la probabilidad de flameos inversos en caso de impacto de un rayo en un soporte intermedio del tipo P220-2T: Tensión máxima de operación, kV 252 Tensión de descarga al 50% de polaridad positiva: fuerza de impulso del entrehierro, correspondiente a la altura de construcción de la cadena de aisladores, kV 1248 Altura del cable sobre un soporte, m 42 Altura del cable superior, m 33 Luz media, 400 Radio del cable, 0,007 Radio del cable, m 0,012 Distancia entre el cable y el cable superior horizontalmente , 3 Distancia entre los cables, m 1 Flecha del cable, 13 Flecha del alambre, m 15 Radio equivalente del apoyo, m 3.2 A partir de estos datos se calculó la dependencia de la probabilidad de traslape inverso del valor de la resistencia de el dispositivo de puesta a tierra. Esta dependencia se muestra en la fig. 1. En la figura se puede ver que la curva sube bastante abruptamente hasta la resistencia R = 300 ohmios, luego aumenta gradualmente hasta R = 1000 ohmios. En el futuro, la probabilidad de superposición inversa se acerca lentamente al nivel de 0,3, sin superar este valor. Un valor de probabilidad numérica de 0,3 significa que de aproximadamente 10 rayos, habrá un flashover inverso en tres casos. Para otro tipo de soportes, este nivel límite puede ser diferente, solo es importante enfatizar: si por las características del suelo (arena, roca), la resistencia del dispositivo de puesta a tierra resulta ser bastante grande, por ejemplo , 5000 Ohm, entonces reducir la resistencia a 1000 Ohm ya no tiene sentido. Por lo tanto, la probabilidad de descargas disruptivas inversas y la cantidad de cortes de rayos asociados con ella dependen de la resistencia del dispositivo de puesta a tierra de la torre. Esta dependencia se manifiesta en mayor medida a bajas resistencias de puesta a tierra de los apoyos: desde unidades hasta cientos de ohmios. El dispositivo de puesta a tierra de un poste de línea eléctrica es un circuito eléctrico con parámetros distribuidos: resistencia e inductancia del metal, conductividad y capacitancia del suelo. Si se aplica un voltaje (o corriente) sinusoidal de una frecuencia suficientemente alta a la entrada de dicho circuito, entonces, a diferentes distancias de la fuente, la relación entre el voltaje y la intensidad de la corriente, es decir, la resistencia en un punto dado, será diferente. Arroz. Fig. 1. Dependencia de la probabilidad de flameos inversos de la resistencia del dispositivo de puesta a tierra del soporte. Una forma aún más compleja de dependencia entre tensión y corriente se observa cuando se aplica un pulso de corriente de rayo al conductor de puesta a tierra. El pulso se caracteriza por dos parámetros: el mayor valor (amplitud) de la corriente y el tiempo de subida de la corriente (duración del frente). A amplitudes bajas, no se producen chispas en el suelo. Sin embargo, las grandes corrientes de rayos provocan una ruptura eléctrica del suelo, que en el área adyacente al conductor de puesta a tierra adquiere una resistencia eléctrica cero: el conductor de puesta a tierra, por así decirlo, aumenta de tamaño. Para un análisis completo de los procesos en el dispositivo de puesta a tierra bajo la influencia de la corriente del rayo, es necesario tener en cuenta factores tales como la longitud del conductor de puesta a tierra, la resistividad del suelo, la amplitud y la duración del frente del pulso de la corriente del rayo, y el momento de la observación. Todos estos factores son tenidos en cuenta por los coeficientes de impulso, que denotan ai. Resistencia de los conductores de puesta a tierra naturales y artificiales. Los conductores de puesta a tierra naturales se denominan partes eléctricamente conductoras de comunicaciones, edificios y estructuras para fines industriales o de otro tipo que están en contacto con el suelo y se utilizan para la puesta a tierra. Un conductor de puesta a tierra artificial es un conductor de puesta a tierra hecho especialmente para la puesta a tierra. Arroz. Fig. 2. Placa de pie de hormigón armado (c) y su modelo de diseño (b) El refuerzo de acero de los cimientos de los soportes metálicos y la parte enterrada de los soportes de hormigón armado en muchos casos cumple bastante bien la función de desviar las corrientes de rayo al suelo, es decir , juega el papel de un electrodo de tierra natural. Esto se debe al hecho de que el concreto como conductor de la corriente eléctrica es un cuerpo poroso que consta de una gran cantidad de canales delgados llenos de humedad y, por lo tanto, crean un camino para la corriente eléctrica. Con cierta intensidad de corriente y tiempo de su flujo, la humedad se evapora, aparecen chispas eléctricas y arcos en el hormigón, que pueden destruir el material y quemar el refuerzo, lo que finalmente conduce a una disminución de la resistencia mecánica de la estructura de hormigón armado. En este sentido, se verifica la resistencia térmica de las varillas de refuerzo utilizadas para la puesta a tierra durante el flujo de corrientes de cortocircuito. También hay que tener en cuenta que en un entorno con una agresividad importante para el hormigón, no siempre es posible el uso de cimentaciones de hormigón armado como electrodos de tierra. En redes con un neutro aislado, el modo de circuito a largo plazo es peligroso para los cimientos de hormigón armado, y la construcción de electrodos de tierra artificiales es necesaria para descargar los elementos naturales del dispositivo de puesta a tierra y protegerlos de la destrucción por la corriente actual y el tiempo de exposición. , A/m2: Corriente continua continua 0,06 Continua corriente alterna 10 Corriente alterna de corta duración (hasta 3 s) 10 000 Corriente de rayo 100 000 Los electrodos de tierra artificiales generalmente se construyen en suelos con una resistividad de más de 500 Ohm - m Esto se debe al hecho de que los electrodos de tierra naturales de VL35 - 330 kV Los soportes en este tipo de suelos presentan resistencias superiores a las normalizadas. En líneas de clases de voltaje más altas con cimientos fuertes, los conductores de puesta a tierra artificiales no reducen significativamente la resistencia del dispositivo de puesta a tierra. Los electrodos de tierra artificiales, por regla general, se fabrican en forma de dos a cuatro vigas horizontales que divergen del soporte, se colocan a una profundidad de 0,5 my en tierras de cultivo: 1 m. En ausencia de esta capa (al menos 0,1 m de espesor), se recomienda colocar electrodos de tierra en la superficie de la roca con relleno de mortero de cemento. Para reducir el efecto corrosivo del suelo, los electrodos de tierra artificial deben tener una sección transversal circular con un diámetro de 12-16 mm.
Arroz. 3. Ubicación del apoyo intermedio natural a - torre 35-330 kV; b - Poste intermedio en U con tensores 330-750 kV Las resistencias indicadas de los dispositivos de puesta a tierra también se aplican a postes sin cables y otros dispositivos de protección contra rayos, pero con transformadores de potencia o de medida, seccionadores, fusibles u otros dispositivos para líneas aéreas de 110 kV instalado en estos postes y superiores. Los soportes de hormigón armado y metal con una tensión de 110 kV y superior sin cables y otros dispositivos de protección contra rayos también se conectan a tierra si es necesario para garantizar un funcionamiento fiable de la protección y automatización de relés. Las resistencias de los dispositivos de puesta a tierra de dichos soportes se determinan al diseñar líneas aéreas. Los postes de hormigón armado y metal con una tensión de 3 - 35 kV que no tengan dispositivos de protección contra rayos y otros equipos instalados deben estar conectados a tierra, y en un área deshabitada para una línea aérea de 3 - 20 kV, se permite la resistencia del dispositivo de puesta a tierra. : 30 Ohm a p menos de 100 Ohm - my 0, 3 p - a p más de 100 Ohm - m Dispositivos de puesta a tierra de soportes en los que se instalan equipos eléctricos. debe cumplir con los siguientes requisitos. En redes de tensión inferior a 1 kV con neutro sólidamente puesto a tierra, la resistencia del dispositivo de puesta a tierra debe ser de 2, 4, 8 ohmios a tensiones de línea de 660.380.220 V corriente trifásica o 380.220.127 corriente monofásica. Esta resistencia debe proporcionarse teniendo en cuenta el uso de conductores de puesta a tierra naturales, así como conductores de puesta a tierra para la puesta a tierra repetida del cable neutro. En este caso, la resistencia del electrodo de tierra ubicado en las inmediaciones del neutro del generador o transformador o la salida de la fuente de corriente monofásica no debe ser superior a 25, 30, 60 Ohmios para tensiones de línea de 660, Corriente 380, 220 V trifásica o 380.220.127 V monofásica. En redes con tensiones superiores a 1 kV con neutro aislado, el equipo puesto a tierra instalado en un soporte de línea aérea se conecta a un electrodo (circuito) de tierra horizontal cerrado tendido a una profundidad de al menos 0,5 m Si la resistencia del dispositivo de puesta a tierra es mayor de 10 ohmios, entonces los electrodos de tierra horizontales deben colocarse adicionalmente a una distancia de 0,8 - 1 m desde la base del soporte. Cuando p > > 500 Ohm-m, se permite aumentar el valor de la resistencia en 0,002 p veces, pero no más de 10 veces. Las mediciones de resistencia de los dispositivos de puesta a tierra de las líneas aéreas deben realizarse a la corriente de frecuencia industrial. En líneas aéreas con tensiones inferiores a 1 kV, las medidas se realizan en todos los soportes con electrodos de tierra de protección contra el rayo y electrodos de tierra de hilo neutro repetido. En líneas aéreas con tensiones superiores a 1 kV, las mediciones de la resistencia de los dispositivos de puesta a tierra se realizan en soportes con pararrayos y espacios de protección y con equipos eléctricos, y en soportes de líneas aéreas de 110 kV y más, con cables de protección contra rayos cuando hay rastros de superposición. de aisladores por un arco eléctrico son detectados. En el resto de postes de hormigón armado y metálicos, las mediciones se realizan selectivamente al 2% del total de postes con electrodos de tierra: en áreas pobladas, en áreas con suelos agresivos y de deslizamiento, y en suelos poco conductores.

Los edificios y estructuras están protegidos de los rayos directos por pararrayos de varios diseños. Pero cualquiera de los pararrayos incluye cuatro partes principales: un pararrayos que percibe directamente el impacto de un rayo; conductor de bajada que conecta el pararrayos con el electrodo de tierra; electrodo de tierra a través del cual la corriente del rayo fluye hacia el suelo; la pieza portante (soporte o soportes) destinada a la fijación del pararrayos y de la bajante.

Según el diseño del pararrayos se distinguen pararrayos de varilla, de cable, de malla y combinados. Según el número de pararrayos de acción conjunta, se dividen en simples, dobles y múltiples. Además, según la ubicación, los pararrayos pueden ser exentos, aislados y no aislados del edificio protegido.

La acción protectora de un pararrayos se basa en la propiedad del rayo de alcanzar las estructuras metálicas más altas y bien conectadas a tierra. Debido a esta propiedad, un edificio protegido de menor altura prácticamente no se ve afectado por el rayo si entra en la zona de protección de un pararrayos. La zona de protección de un pararrayos es una parte del espacio adyacente a éste y con un grado de fiabilidad suficiente (al menos el 95%) que garantiza la protección de las estructuras frente al impacto directo de un rayo.

Muy a menudo, los pararrayos se utilizan para proteger edificios y estructuras. El pararrayos de un pararrayos de varilla es una varilla de acero ubicada verticalmente de cualquier perfil con una longitud de 2 ... 15 m y un área de sección transversal de al menos 100 mm2, montada sobre un soporte ubicado, por regla general , no más cerca de 5 m del objeto protegido. El pararrayos está conectado al electrodo de tierra con un conductor de bajada hecho de alambre de acero con un diámetro de al menos 6 mm, y en el caso de colocar un conductor de bajada en el suelo, al menos 10 mm. Al instalar pararrayos directamente en el techo del edificio, se hacen al menos dos conductores de bajada y con un ancho de techo de más de 12 m, cuatro. Si la longitud del objeto protegido es superior a 20 m, se deben instalar conductores de bajada adicionales por cada 20 m de longitud subsiguientes; con un ancho de construcción de hasta 12 m, en ambos lados del edificio. Todas las conexiones (pararrayos - conductor de bajada, conductor de bajada - electrodo de tierra) deben estar soldadas.

Como pararrayos, es necesario utilizar en la medida de lo posible las estructuras altas existentes cerca del objeto protegido: torres de agua, tubos de escape, etc. Árboles que crecen a una distancia de no más de 5 m de los edificios de III ... V Los grados de resistencia al fuego también se pueden utilizar como soporte para pararrayos , si en la pared del edificio frente al árbol, a toda la altura de la pared, se coloca un conductor de bajada, soldado al electrodo de tierra del pararrayos.

Los pararrayos de cable se utilizan con mayor frecuencia para proteger edificios de gran longitud y líneas de alta tensión. Estos pararrayos se fabrican en forma de cables horizontales fijados sobre soportes, a lo largo de cada uno de los cuales se coloca un conductor de bajada. Pararrayos de hilo de catenaria Los pararrayos están fabricados con un cable multihilo de acero galvanizado con una sección mínima de 35 mm2.

Cabe señalar que los pararrayos de varilla y de alambre proporcionan el mismo grado de fiabilidad de protección.

Como pararrayos, se puede utilizar un techo metálico, puesto a tierra en las esquinas y en todo el perímetro al menos cada 25 m, o una malla de alambre de acero de un diámetro de al menos 6 mm superpuesta a un techo no metálico, que tenga un área de malla de hasta 150 mm2, con nudos fijados por soldadura, y puesta a tierra al igual que techo de metal. Las tapas de metal se fijan a la rejilla o al techo conductor por encima del humo y tubos de ventilación, y en ausencia de tapas, anillos de alambre especialmente aplicados a las tuberías.

A continuación se explica el enfoque para determinar las zonas de protección de los pararrayos, cuya construcción se lleva a cabo de acuerdo con las fórmulas. aplicaciones 3 RD 34.21.122-87.

Acción protectora el pararrayos se basa en "la propiedad del rayo de que es más probable que golpee objetos más altos y bien conectados a tierra en comparación con los objetos cercanos altura más baja. Por lo tanto, al pararrayos, que se eleva por encima del objeto protegido, se le asigna la función de interceptar el rayo que, en ausencia de un pararrayos, golpearía el objeto. Cuantitativamente, el efecto protector de un pararrayos se determina a través de la probabilidad de un avance: la relación entre el número de impactos de rayos en un objeto protegido (el número de impactos) y el número total de impactos en el pararrayos y el objeto.

Hay varias formas de estimar la probabilidad de un avance, en función de diferentes conceptos físicos de los procesos de caída de rayos. El RD 34.21.122-87 utiliza los resultados de los cálculos mediante un método probabilístico que relaciona la probabilidad de impacto de un pararrayos y un objeto con la dispersión de las trayectorias descendentes del rayo sin tener en cuenta las variaciones de sus corrientes.

De acuerdo con el modelo de diseño aceptado, es imposible crear una protección ideal contra rayos directos, lo que excluye por completo los avances en el objeto protegido. Sin embargo, en la práctica, la disposición mutua del objeto y el pararrayos es factible, proporcionando una baja probabilidad de penetración, por ejemplo, 0,1 y 0,01, lo que corresponde a una disminución en el número de daños al objeto de alrededor de 10 y 100 veces en comparación con el objeto donde no hay pararrayos. Para la mayoría de las instalaciones modernas, estos niveles de protección proporcionan una pequeña cantidad de avances durante toda su vida útil.

Se discutió arriba fabricar edificio 20 m de altura y 100 × 100 m en planta, ubicado en una zona con una duración de tormentas de 40-60 horas al año; si este edificio está protegido por pararrayos con una probabilidad de penetración de 0,1, se puede esperar que no tenga más de una penetración en 50 años. Al mismo tiempo, no todas las rupturas son igualmente peligrosas para el objeto protegido, por ejemplo, las igniciones son posibles con corrientes altas o cargas transportadas, que no se encuentran en todas las descargas de rayos. En consecuencia, se puede esperar un impacto peligroso en esta instalación por un período que es ciertamente más de 50 años, o para la mayoría de las instalaciones industriales de categorías II y III, no más de un impacto peligroso durante todo el tiempo de su existencia. Con una probabilidad de ruptura de 0,01 en el mismo edificio, no se puede esperar más de una ruptura en 500 años, un período mucho más largo que la vida útil de cualquier instalación industrial. Un nivel tan alto de protección se justifica solo para instalaciones de categoría I que presentan una amenaza constante de explosión.

Realizando una serie de cálculos de la probabilidad de penetración en las proximidades del pararrayos, es posible construir una superficie que es la ubicación geométrica de los vértices de los objetos protegidos, para los cuales la probabilidad de penetración es un valor constante . Esta superficie es el límite exterior del espacio, denominada zona de protección del pararrayos; para un pararrayos de una sola varilla, este límite es la superficie lateral de un cono circular, para un solo cable es una superficie plana a dos aguas.

Normalmente, la zona de protección se designa por la máxima probabilidad de ruptura correspondiente a su borde exterior, aunque la probabilidad de ruptura disminuye significativamente en la profundidad de la zona.

El método de cálculo permite construir una zona de protección para pararrayos de varilla y de alambre con un valor arbitrario de la probabilidad de penetración, es decir para cualquier pararrayos (simple o doble), puede construir un número arbitrario de zonas de protección. Sin embargo, para la mayoría de los edificios públicos, se puede proporcionar un nivel de protección suficiente utilizando dos zonas, con una probabilidad de penetración de 0,1 y 0,01.

En términos de la teoría de la confiabilidad, la probabilidad de ruptura es un parámetro que caracteriza la falla de un pararrayos como dispositivo de protección. Con este enfoque, las dos zonas de protección aceptadas corresponden al grado de confiabilidad de 0,9 y 0,99. Tal evaluación de confiabilidad es válida cuando un objeto se encuentra cerca del borde de la zona de protección, por ejemplo, un objeto en forma de anillo coaxial con un pararrayos. Para objetos reales (edificios ordinarios), en el borde de la zona de protección, por regla general, solo se ubican los elementos superiores y la mayor parte del objeto se coloca en la profundidad de la zona. La evaluación de la fiabilidad de la zona de protección a lo largo de su borde exterior conduce a valores excesivamente bajos. Por tanto, para tener en cuenta la disposición mutua de pararrayos y objetos existente en la práctica, se asigna a las zonas de protección A y B en el RD 34.21.122-87 un grado de fiabilidad aproximado de 0,995 y 0,95, respectivamente.

Arroz. 1. Nomogramas para determinar la altura de pararrayos simple (a) y doble de igual altura (b) en zona A

El método de cálculo de la probabilidad de irrupción se ha desarrollado únicamente para rayos descendentes que impactan predominantemente en objetos de hasta 150 m de altura, por lo que en el RD 34.21.122 - 87, las fórmulas para la construcción de zonas de protección para pararrayos de una y varias varillas y de hilos son limitado a una altura de 150 m Hasta la fecha, el volumen de datos reales sobre La susceptibilidad de los objetos de mayor altura a los rayos descendentes es muy pequeño y se refiere principalmente a la torre de televisión Ostankino (540 m). Sobre la base de las grabaciones fotográficas, se puede argumentar que los rayos hacia abajo rompen más de 200 m por debajo de su parte superior y golpean el suelo a una distancia de unos 200 m desde la base de la torre. Si consideramos la torre de televisión Ostankino como un pararrayos, podemos concluir que los tamaños relativos de las zonas de protección de los pararrayos con una altura de más de 150 m rara vez disminuyen con el aumento de la altura de los pararrayos. Dados los escasos datos reales sobre el impacto de objetos ultraaltos, el RD 34.21.122 - 87 incluye fórmulas para la construcción de zonas de protección únicamente para pararrayos de altura superior a 150 m.

Arroz. 2. Nomogramas para determinar la altura de pararrayos simple (a) y doble de igual altura (b) en la zona B

Aún no se ha desarrollado el método para calcular las zonas de protección contra daños por rayos ascendentes. Sin embargo, según datos de observación, se sabe que las descargas ascendentes son excitadas por objetos puntiagudos cerca de la parte superior de estructuras altas y dificultan el desarrollo de otras descargas con más niveles bajos. Por lo tanto, para objetos tan altos como chimeneas o torres de hormigón armado, en primer lugar, se proporciona protección contra la destrucción mecánica del hormigón durante la excitación del rayo ascendente, que se lleva a cabo mediante la instalación de pararrayos de varilla o anillo que proporcionen el máximo exceso posible sobre la parte superior del objeto por razones estructurales ( párrafo 2.31).

Este manual contiene nomogramas para determinar las alturas de varilla CON y carretera T pararrayos simples y dobles que proporcionan las zonas de protección A y B (Fig. 1 y 2). El uso de estos nomogramas, construidos de acuerdo con las fórmulas de cálculo y notación aplicaciones 3 El RD 34.21.122-87 permite reducir la cantidad de cálculos y simplificar la elección de los medios de protección contra el rayo en el diseño.

CABLE PARA RAYOS: un dispositivo para proteger edificios y estructuras de la caída directa de rayos. M. incluye cuatro partes principales: un pararrayos que percibe directamente la caída de un rayo; conductor de bajada que conecta el pararrayos con el electrodo de tierra; electrodo de tierra a través del cual la corriente del rayo fluye hacia el suelo; la pieza portante (soporte o soportes) destinada a la fijación del pararrayos y de la bajante.

Según el diseño del pararrayos se distinguen pararrayos de varilla, de cable, de malla y combinados.

Según el número de pararrayos de acción conjunta, se dividen en simples, dobles y múltiples.

Además, en la ubicación de M. hay separados, aislados y no aislados del edificio protegido. La acción protectora del rayo se basa en la propiedad del rayo de alcanzar las estructuras metálicas más altas y bien conectadas a tierra. Debido a esta propiedad, un edificio protegido de menor altura prácticamente no es alcanzado por un rayo si entra en la zona de protección M. La zona de protección M es la parte del espacio adyacente a él y con un grado suficiente de fiabilidad (al menos 95%) proporcionando protección a las estructuras de los impactos directos de rayos. La mayoría de las veces, la varilla M se usa para proteger edificios y estructuras.

Los rayos de cuerda se utilizan con mayor frecuencia para proteger edificios de gran longitud y líneas de alto voltaje. Estos M. están hechos en forma de cables horizontales fijados en soportes, a lo largo de cada uno de los cuales se coloca un colector de corriente. Varilla y cable M. proporcionan el mismo grado de fiabilidad de protección.

Como pararrayos, se puede utilizar un techo metálico, puesto a tierra en las esquinas y en el perímetro al menos cada 25 m, o una malla de alambre de acero con un diámetro de al menos 6 mm superpuesta a un techo no metálico, que tenga un área de malla de hasta 150 mm2, con nudos fijados por soldadura, y puesta a tierra como un techo metálico. Las tapas de metal se sujetan a la rejilla o al techo conductor sobre las chimeneas y las tuberías de ventilación y, en ausencia de tapas, se aplican anillos de alambre especialmente a las tuberías.

M. rod - M. con una disposición vertical del pararrayos.

M. cable (extendido) - M. con disposición horizontal del pararrayos, fijado sobre dos soportes puestos a tierra.

ZONAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

Por lo general, la zona de protección se designa por la probabilidad máxima de ruptura correspondiente a su borde exterior, aunque la probabilidad de ruptura disminuye significativamente en la profundidad de la zona.

El método de cálculo permite construir una zona de protección para pararrayos de varilla y de alambre con un valor arbitrario de la probabilidad de penetración, es decir para cualquier pararrayos (simple o doble), puede construir un número arbitrario de zonas de protección. Sin embargo, para la mayoría de los edificios públicos, se puede proporcionar un nivel de protección suficiente utilizando dos zonas, con una probabilidad de penetración de 0,1 y 0,01.

En términos de la teoría de la confiabilidad, la probabilidad de ruptura es un parámetro que caracteriza la falla de un pararrayos como dispositivo de protección. Con este enfoque, las dos zonas de protección aceptadas corresponden al grado de confiabilidad de 0,9 y 0,99. Esta evaluación de confiabilidad es válida cuando un objeto se encuentra cerca del borde de la zona de protección, por ejemplo, un objeto en forma de anillo coaxial con un pararrayos. Para objetos reales (edificios ordinarios), en el borde de la zona de protección, por regla general, solo se ubican los elementos superiores y la mayor parte del objeto se coloca en la profundidad de la zona. La evaluación de la fiabilidad de la zona de protección a lo largo de su borde exterior conduce a valores excesivamente bajos. Por tanto, para tener en cuenta la disposición mutua de pararrayos y objetos existente en la práctica, se asigna a las zonas de protección A y B en el RD 34.21.122-87 un grado de fiabilidad aproximado de 0,995 y 0,95, respectivamente.

Pararrayos de una sola varilla.

La zona de protección de un pararrayos de una sola varilla con una altura h es un cono circular (Fig. A3.1), cuya parte superior está a una altura h0

1.1. Zonas de protección de pararrayos monovarilla de altura h? 150 m tienen las siguientes dimensiones totales.

Zona A: h0 = 0,85h,

r0 = (1.1 - 0.002h)h,

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

Zona B: h0 = 0,92h;

rx \u003d 1.5 (h - hx / 0.92).

Para la zona B, la altura de un pararrayos de una sola varilla para valores conocidos de h y puede determinarse mediante la fórmula

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

Arroz. P3.1. Zona de protección de un pararrayos monovarilla:

I - el límite de la zona de protección en el nivel hx, 2 - lo mismo en el nivel del suelo

Pararrayos de un solo hilo.

La zona de protección de un pararrayos monofilar de altura h? 150 m se muestra en la fig. P3.5, donde h es la altura del cable en la mitad del vano. Teniendo en cuenta la flecha del cable con una sección transversal de 35-50 mm2, con una altura conocida de salto de apoyo y longitud de luz a, se determina la altura del cable (en metros):

h = salto - 2 a la vez< 120 м;

h = salto - 3 a 120< а < 15Ом.

Arroz. P3.5. Zona de protección de un pararrayos monofilar. Las designaciones son las mismas que en la Fig. P3.1

Las zonas de protección de un pararrayos monofilar tienen las siguientes dimensiones totales.

Para una zona de tipo B, la altura de un pararrayos de un solo hilo con valores conocidos de hx y rx está determinada por la fórmula

El electrodo de tierra vertical se realiza por inmersión mecanizada sucesiva de electrodos roscados de 1,2-3 metros de largo, interconectados por acoplamientos de latón. Electrodos de acero de 14,2-17,2 mm de diámetro, con recubrimiento electroquímico de cobre (99,9% de pureza), de 0,25 mm de espesor. garantiza una alta resistencia a la corrosión y una vida útil del electrodo de tierra en el suelo de al menos 40 años. La alta resistencia mecánica del electrodo de tierra permite sumergirlo hasta una profundidad de 30 metros. El revestimiento de cobre de los electrodos tiene una alta adherencia y plasticidad, lo que permite sumergir las varillas en el suelo sin romper la integridad y despegar la capa de cobre.

INTRODUCCIÓN

Las redes eléctricas de distribución (PC) con un voltaje de 0,4-10 kV en los últimos años están equipadas con equipos eléctricos, dispositivos, dispositivos, aisladores y cables, fabricados sobre una nueva base técnica moderna. El funcionamiento de dichas instalaciones de red requiere un sistema fiable de protección contra sobretensiones por rayos que utilice medios técnicos modernos. El desarrollo de medios técnicos y métodos de protección contra sobretensiones PC está asociado con una evaluación cuantitativa de los parámetros de los rayos y el número probable de daños por rayos. Para calcular la densidad de los rayos directos sobre el suelo, se utiliza información sobre la intensidad de la actividad de las tormentas. En este caso, es necesario tener en cuenta el blindaje de los objetos de la red por parte de edificios, estructuras, árboles, etc. En algunos casos, el blindaje puede reducir la cantidad de visitas directas a los objetos de la red en ~ 70 %.

Se logra una protección confiable si el equipo y las estructuras tienen una resistencia de aislamiento lo suficientemente alta o si se instalan dispositivos de protección contra sobretensiones por rayos efectivos en la PC. Para proteger PC con una tensión de 0,4-10 kV contra sobretensiones por rayos, descargadores de sobretensiones no lineales (OPN), descargadores de chispas largas (RDI), descargadores de válvula (RV) y descargadores tubulares (RT), vías de chispas protectoras (IP) son usados. El tipo, número y lugar de instalación de los dispositivos de protección se selecciona al diseñar instalaciones de red específicas. Al instalar dispositivos de protección, los requisitos para el valor de la resistencia a tierra se seleccionan de acuerdo con el PUE. Para líneas principales con una tensión de 6-10 kV, realizadas en las dimensiones de una línea aérea con una tensión de 35 kV, se recomienda utilizar pararrayos de alambre en los accesos a las subestaciones y puntos de distribución.

La tarea de proteger la PC con un voltaje de 0,4 kV es evitar daños a personas, animales y la ocurrencia de incendios debido a la penetración de sobretensiones de rayos en el cableado interno de edificios residenciales y otros edificios, así como daños al eléctrico equipos de subestaciones 6-10/0,4 kV.

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROTECTORA DE LOS PARARRAYOS

Parámetros de pararrayos de varilla y alambre

Parámetros de pararrayos de varilla

Un pararrayos de varilla es una estructura en forma de aguja, tubería o varilla de celosía instalada verticalmente. W. Franklin propuso un pararrayos como medio de protección contra rayos en 1749. Los pararrayos modernos de tipos estándar tienen una altura de hasta 40 metros. En algunos casos, para crear pararrayos no estándar, se utilizan tuberías de fábrica, soportes de líneas eléctricas o portales metálicos de aparamenta abierta como estructuras de carga.

El pararrayos debe tener una conexión confiable a tierra con una resistencia de 5-25 ohmios a la propagación de la corriente de impulso. La propiedad protectora de los pararrayos de varilla es que orientan el líder de la descarga del rayo emergente hacia sí mismos. La descarga ocurre necesariamente en la parte superior del pararrayos, si se forma en un área determinada ubicada sobre el pararrayos. Esta área tiene la forma de un cono que se expande hacia arriba y se denomina zona de lesión del 100%. Se ha establecido por datos experimentales que la altura de orientación del rayo H depende de la altura del pararrayos h. Para pararrayos de hasta 30 metros de altura:

y para pararrayos de altura superior a 30 metros H=600m, se considera que la parte superior del cono de la zona de 100% de daño está situada simétricamente al eje del pararrayos a la altura del objeto protegido, y su radio está a la altura de orientación:

donde es la parte activa del pararrayos, correspondiente a su exceso sobre la altura del objeto protegido:

Además de la zona especificada, el efecto protector de un pararrayos se caracteriza por una zona de protección, es decir, espacio, en el que se excluyen las descargas de rayos. La zona de protección de un pararrayos de una sola varilla tiene forma de tienda de campaña y se expande hacia abajo (Fig. 1.1). Para calcular el radio de protección en cualquier punto de la zona de protección, incluso a la altura del objeto protegido, se utiliza la siguiente fórmula:

donde p es un factor de corrección igual a 1 para pararrayos de altura inferior a 30 metros e igual a pararrayos de mayor altura.

En el caso de que se utilicen varios pararrayos para proteger objetos extendidos, es aconsejable que las zonas de su derrota al 100% se cierren sobre el objeto o incluso se superpongan entre sí, excluyendo un avance vertical del rayo hacia el objeto protegido (Fig. 1.2). La distancia (S) entre los ejes de los pararrayos debe ser igual o inferior al valor determinado a partir de la dependencia:

La zona de protección de los pararrayos de dos y cuatro varillas en el plano al nivel de la altura del objeto protegido tiene los contornos que se muestran en la Fig. 1.3, a, b.

El radio de protección que se muestra en la figura se determina de la misma manera que para un solo pararrayos, y el ancho más pequeño de la zona de protección se determina mediante curvas especiales. Debe tenerse en cuenta que con pararrayos de hasta 30 metros de altura, ubicados a distancia, el ancho más pequeño de la zona de protección es igual a cero.

Figura 1.1 - Zona de protección de un pararrayos monovarilla:

1 - el borde de la zona de protección; 2 - sección de la zona de protección a nivel

Figura 1.2 - Esquema de disposición de pararrayos de varilla, asegurando el cierre de zonas de 100% de daño

Figura 1.3 - Representación gráfica de la zona de protección:

a) - para dos pararrayos; b) - para cuatro pararrayos

En presencia de tres y cuatro pararrayos, los contornos de la zona de protección se ven como la Fig. 1.3b. Los radios de protección se determinan en este caso de la misma manera que para los pararrayos individuales. El tamaño se determina a partir de las curvas de cada par de pararrayos. La diagonal de un cuadrilátero o el diámetro de un círculo que pasa por los vértices de un triángulo formado por tres pararrayos, según las condiciones de protección de toda el área, debe satisfacer las dependencias para pararrayos de altura inferior a 30 m. :

Para pararrayos de más de 30 m de altura:

Al instalar pararrayos independientes, es necesario observar ciertas distancias de aire entre el pararrayos y el objeto protegido. Este requisito proviene del hecho de que en el momento de la caída de un rayo en un pararrayos, se crea un alto potencial en él, lo que puede conducir a una descarga inversa del pararrayos al objeto. El potencial en el pararrayos en el momento de la descarga está determinado por la dependencia:

donde - resistencia de puesta a tierra de impulso del pararrayos 5 - 25 Ohm; - corriente de rayo en un objeto bien conectado a tierra, kA.

Más precisamente, el potencial en el pararrayos se puede determinar teniendo en cuenta la inductancia

actividad del pararrayos:

donde a es la inclinación del frente de onda actual, kA/μs; - punta del pararrayos a la altura del objeto, m; - inductancia específica del pararrayos, μH/m.

Para calcular la aproximación mínima permisible de un objeto a un pararrayos, se puede partir de la dependencia:

donde E in es la fuerza de campo eléctrico de impulso admisible en el aire, que se supone que es de 500 kV / m.

Las directrices para la protección contra sobretensiones recomiendan que la distancia al pararrayos sea igual a:

Esta dependencia es válida para una corriente de rayo de 150 kA, una pendiente de corriente de 32 kA/μs y una inductancia de pararrayos de 1,5 μH/m. Independientemente de los resultados del cálculo, la distancia entre el objeto y el pararrayos debe ser de al menos 5 m.

Pararrayos de cuerda

Uno de los medios más confiables para prevenir la caída directa de rayos en las líneas de transmisión de energía es la suspensión de pararrayos de alambre conectado a tierra por encima de ellas. Este dispositivo es costoso y, por lo tanto, se usa solo en líneas de primera clase con un voltaje de 110 kV y superior. Cuando la línea sobre soportes de metal o madera no está completamente cubierta con cables, estos cubren solo los accesos a las subestaciones en una sección de 1-2 km. Según el diseño de los soportes, se pueden utilizar uno o dos cables, bien sujetos al soporte metálico oa los taludes metálicos de puesta a tierra de los soportes de madera. Para proteger el cable de la sobrequema por la corriente del rayo y para controlar la conexión a tierra, el soporte del cable se realiza utilizando un aislador de suspensión derivado con un espacio de chispas. La eficacia de la protección del cable es mayor cuanto menor es el ángulo formado por la vertical que atraviesa el cable y la línea que conecta el cable con el extremo exterior de los hilos. Este ángulo se denomina ángulo de protección, tomando su valor en el rango de 20-30 0 .

La zona de protección de un cable en la sección transversal perpendicular a la línea tiene una forma similar a la zona de protección de un pararrayos de una sola varilla. El ancho de la zona de protección, que excluye el daño directo a los cables al nivel de su altura de suspensión, está determinado por la dependencia:

Esta dependencia es válida para una altura de suspensión del cable de 30 my menos.