3.3. Токоотводы и заземлители молниеотводов

3. 3. Токоотводы и заземлители молниеотводов

3-1. Определить, на сколько градусов повысится температура стального токоотвода круглого сечения диаметром 5 мм при прохождении по нему токов молний, имеющих 50 % и 2 % значения удельных энергий (105 Дж/Ом и 4. 106 Дж/Ом соответственно). В расчётах учесть следующие параметры: удельное сопротивление стали – 3. 10-7 Ом. м, плотность стали – 7800 кг/м3, удельная теплоёмкость стали – 460 Дж/кг. К, коэффициент поверхностного эффекта – 3. Температура плавления стали – (1300–1500) °С.

Исходные данные:

Дж/Ом

кг/м3

Дж/кг. К

Решение:

м2

°С

3-2. Определить, на сколько градусов повысится температура стального токоотвода прямоугольного сечения с шириной 8 мм и толщиной 3 мм при прохождении по нему токов молний, имеющих 50 % и 2 % значения удельных энергий (105 Дж/Ом и 4. 106 Дж/Ом соответственно). В расчётах учесть следующие параметры: удельное сопротивление стали – 3. 10-7 Ом. м, плотность стали – 7800 кг/м3, удельная теплоёмкость стали – 460 Дж/кг. К, коэффициент поверхностного эффекта – 3.

Дж/Ом

Ом. м

кг/м3

Дж/кг. К

Решение:

°С

3-3. Определить стационарное сопротивление заземлителя в виде вертикальной трубы длиной 3 м и диаметром 3 см. Глубина залегания верхнего конца трубы – 50 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Ом. м

°С

Исходные данные:

м2

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-4. Определить стационарное сопротивление заземлителя в виде горизонтальной полосы длиной 5 м и шириной 4 см. Глубина залегания полосы – 50 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-5. Определить стационарное сопротивление заземлителя в виде горизонтального цилиндра длиной 5 м и диаметром 3 см. Глубина залегания цилиндра – 50 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-6. Определить стационарное сопротивление заземлителя в виде горизонтального кольца диаметром 5 м из стальной полосы шириной 4 см. Глубина залегания кольца – 50 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-7. Определить стационарное сопротивление заземления железобетонной сваи квадратного поперечного сечения. Глубина залегания сваи – 2, 5 м, сторона поперечного сечения – 30 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-8. Определить стационарное сопротивление заземления железобетонной сваи круглого поперечного сечения с диаметром 30 см. Глубина залегания сваи – 2, 5 м, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-9. Определить стационарное сопротивление заземлителя, представляющего собой сборный железобетонный фундамент с квадратным сечением элементов. Ширина сваи равна 0, 5 м, ширина плиты – 2, 4 м, глубина залегания сваи – 3, 2 м, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

Ом

3-10. Определить стационарное сопротивление заземлителя, представляющего собой железобетонный фундамент здания с шириной 15 м, длиной 60 м и глубиной залегания фундамента – не менее 2, 5 м. Расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

Решение:

м2

Ом

3-11. Определить импульсный коэффициент и импульсное сопротивление заземлителя в виде вертикальной трубы длиной 3 м и диаметром 3 см для молнии с амплитудой тока 30 кА. Глубина залегания верхнего конца трубы – 0 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м, пробивная напряжённость электрического поля в грунте – 12 кВ/см.

Исходные данные:

Ом. м

кА

кВ/м

Решение:

Ом

3-12. Определить импульсный коэффициент и импульсное сопротивление заземлителя в виде горизонтального цилиндра длиной 5 м и диаметром 3 см для молнии с длительностью фронта импульса 1, 2 мкс без учёта искровых процессов в грунте. Глубина залегания цилиндра – 50 см, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

мкс

Решение:

мкГн/м

Ом

3-13. Для 2 %-ного значения тока молнии (125 кА) определить стационарное и импульсное сопротивления заземлителя в виде сетки, состоящей из вертикальных электродов длиной 5 м, объединённых горизонтальными полосами (см. рис. ). Число горизонтальных полос длиной 30 м – 5, число горизонтальных полос длиной 40 м – 4, число вертикальных электродов – 14, расчётное удельное сопротивление грунта – 200 Ом. м.

Исходные данные:

Ом. м

кА

Решение:

Ом

3-14. Объект высотой 3 м защищается от грозовых перенапряжений с помощью стержневого молниеотвода с импульсным сопротивлением заземлителя 10 Ом. Защищаемый объект имеет отдельный заземлитель. Для расчётных значений параметров молнии (амплитуда импульса тока молнии равна 60 кА, средняя крутизна фронта импульса – 30 кА/мкс) определить минимально допустимые расстояния по воздуху и в земле между молниеотводом и защищаемым объектом. В расчётах принять индуктивность единицы длины токоотвода 1, 7 мкГн/м, допустимую среднюю напряженность электрического поля в воздухе, при которой невозможен пробой промежутка между молниеотводом и объектом, – 500 кВ/м, допустимую среднюю напряжённость электрического поля в земле, при которой невозможен пробой промежутка между молниеотводом и объектом, – 300 кВ/м.

Исходные данные:

Ом

мкГн/м

кА

кА/мкс

кВ/м

Решение:

кВ

3-15. Электроустановка с металлическим корпусом имеет высоту 3 м и защищается от грозовых перенапряжений с помощью стержневого молниеотвода. Импульсное сопротивление заземлителя молниеотвода равно 10 Ом. Электроустановка и молниеотвод имеет общий заземлитель. Для расчётных значений параметров молнии (амплитуда импульса тока молнии равна 60 кА, средняя крутизна фронта импульса – 30 кА/мкс) определить минимально допустимое расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом, а также минимально допустимое (или испытательное) напряжение изоляции электроустановки. В расчётах принять индуктивность единицы длины токоотвода 1, 7 мкГн/м, допустимую среднюю напряженность электрического поля в воздухе, при которой невозможен пробой промежутка между молниеотводом и объектом, – 500 кВ/м.

Исходные данные:

Ом

мкГн/м

кА

кА/мкс

кВ/м

Решение:

кВ

3-16. Жилое здание имеет высоту 18 м. Система его молниезащиты включает молниеприёмник, четыре токоотвода и фундамент в качестве заземлителя с импульсным сопротивлением 10 Ом. На расстоянии 1 м от одного из токоотводов расположена водопроводная труба, имеющая отдельный заземлитель. В здание ударила молния. Для расчётных значений параметров молнии (амплитуда импульса тока молнии равна 60 кА, средняя крутизна фронта импульса – 30 кА/мкс) определить, будет ли пробит промежуток токоотвод-труба? В расчётах принять индуктивность единицы длины токоотвода 1, 7 мкГн/м, среднюю пробивную напряжённость электрического поля в воздухе 500 кВ/м.

Исходные данные:

Ом

мкГн/м

кА

кА/мкс

кВ/м

Решение:

кА

кВ

3-17. Оценить максимальное напряжение на разомкнутом конце контура из проводника в виде окружности диаметром 3 м, возникающее при ударе молнии с амплитудой 60 кА и длительностью фронта 1, 2 мкс в стержневой молниеотвод, находящийся на расстоянии 10 м от контура. Молниеотвод расположен в плоскости контура.

Исходные данные:

кА

Гн/м

Решение:

кВ