Расчет защиты – молниеотводов от прямых ударов молний.

Каждый из молниеотводов имеет определенную зону защиты часть производства, в пределах которого с достаточной степенью надежности (99 %) обеспечивается защита зданий от прямых ударов молнии. Для защиты от прямых ударов молнии здания и сооружения должны вписываться в расчетные зоны защиты соответствующих молниеотводов, определяемые графоаналитическим методом.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой , представляет собой конус с образующей в виде ломаной линии и основанием с радиусом

Методика расчета сводится к вычислению требуемой высот молниеприемника h, обеспечивающего требуемую зону защиты объекта. Для этого по чертежам плана объекта устанавливают требуемый радиус защиты rx на расчетной высоте защищаемого объекта hx с учетом минимально допустимого приближения к нему молниеотвода. Объектом долен полностью вписываться в границы зоны защиты на высоте hx определенной конструктивными соображениями.

Расчетную высоту молниеотвода при предварительно установленных значениях hx и rx определяют по формулам:

При

при

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой от 61 до 100 м по форме аналогична зоне защиты при ; в ней основанием конуса на уровне земли пронимается круг радиусом

Расчетная высота молниеотвода

При предварительно установленных значениях hx и rx определяется по формулам:

Как видно из формул возможность применения одиночного молниеотвода высотой от 61 до 100 м ограничивается по допустимому радиусу защиты соответственно неравенствам:

и

Таким образом, для протяженных защищаемых объектов, требуемые границы зоны защиты которые на высоте hx не отвечают этим условиям, необходимы не одиночные, а двойные стержневые или тросовые молниеотводы.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода одинаковой высоты не более 60 м при расстоянии между одиночными молниеотводами представлена на рис. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных молниеотводов. Ограничение зоны защиты в сечении по середине расстояния между молниеотводами, определяется по правилу построения зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h0. Ширина зоны защиты в середине между молниеотводами r соответственно будет равна на уровне земли 2 ч, а на высоте hx составит 2 rox. При расстоянии между единичными молниеотводами , величина. Приобщее защитное действие единичных молниеотводов нарушается (h-0), и они должны рассматриваться как одиночные.

Высоту молниеотводов h при предварительно установленных значениях h0 и а можно определить по формуле:

Рис: Отдельно стоящие молниеотводы:

а- стержневой; б-тросовый

Рис: Зона защиты

одиночного стержневого молниеотвода.

Рис: Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Рис: Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

10. Защита от статического электричества Возникновение электрических зарядов в диэлектриках

Электризация твердых, дисперсных и жидких веществ. Факторы, определяющие электризацию различных веществ.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называется электризации. Электризация связана с рядом ус­ловий: контактом поверхностей, образованием двойного электрического слоя и разделением контактируемых поверхностей, одно из которых должна быть диэлектриком. Схема электрических явлений, протекающих при разделении поверхностей, поясняет сказанное и показана на рис. Разделение поверхностей способствует адгезия частиц на заряженных поверхностях. После разделения поверхностей контакта наблюдается рекомбинация заря­дов за счет электропроводности и ионных процессов в газоразрядном про­межутке. При малых скоростях разделения контактов и низких поверхност­ных сопротивлениях рекомбинация идет за счет электропроводности, Пои высоких поверхностных сопротивлениях - за счет газоразрядных процессов Плотность зарядов на поверхностях σ_п после разделения определяется по формуле:

где σ_с - плотность заряда двойного электрического слон до разделения

поверхностей, к/м²;

j_г.р. - ток, обусловленный газовым разрядом в зазоре, А;

J_ос - ток, обусловленный омическим сопротивлением поверхности, А.

τ₁ и τ ₂ - время релаксации зарядов.

Электризация появляется при высоких скоростях и развития поверхнос­тях контакта: (фильтровании, смешении, распылении, транспортировании по трубам - трубопроводы из прозрачного диэлектрического материала светятся).

С увеличением скорости разрушения контактов растет величина заряда, оставшегося на поверхностях после их разделения. Следовательно, чем интенсивнее ведется процесс, тем больший заряд останется на поверхности.

Пневмотранспортный трубопровод считается генератором зарядов на материале, а бункер и фильтр - разрядным устройством. Электризация час­тиц при их транспортировании в потоке происходит на начальном участке транспортирования, а затеи заряд стабилизируется.

С явлением электризации жидкостей встречаются при обтекании твердых поверхностей жидкостями с низкой электропроводностью. Вследствие неравенства потенциалов в жидкой и твердой (стенка трубы) фазах на границе раздела образуется двойной электрический слой. Толщина слоя у жидкостей с электропроводностью 10^-6 Ом^-1м^-1 и выше соизмерима с молекулярным размерам и может быть оценена по формуле:

где: R - газовая постоянная 1,31462 Дж/моль.град.

ε и ε₀ - относительная и абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная 1,845 10^-12 ф/м;

С - концентрация ионов, моль/м³;

Z - валентность ионов;

Ф - число Фарадея 96491,4 к/г-экв.

При наличии разности потенциалов одни ионы адсорбируются на стенки трубы и разряжается, другие - уносятся потоком и накаливаются в ем­костях (аппаратах).

При переработке диэлектрических материалов (метод псевдоожижения слоя, пневмотранспортирование) наблюдается образование статического электричества, которое способствует коагуляции мелкодисперсной (частицы - 3 мм) фазы, появлению искровых разрядов и даже нарушению процессов. Эффект электризации зависит от скорости движения материалов, состояния поверхности контакта, вязкости материала, температуры и влажности окружающей среди, наличия примесей (чистые жидкости практически не электризуются). Добавки, увеличивающие электропроводимость снижают эффект электризации), коэффициент трения, диаметр труб и т.д. Наибольшая электризация жидкостей проявляется при высоких скоростях, развитых поверхностях контакта, т.е. при фильтровании, смешении, транспортировании по трубам, распылении и т.д. Электрические разряды между поверхностью жидкости и заземленными металлическими элементами оборудования в этих процессах можно наблюдать визуально. Трубопроводы из прозрачного диэлектрика даже светятся.

Эффект электризации жидкостей в сильной степени зависит от примесей, твердых частиц, воздуха или несмешивающихся жидкостей. Чистые жидкости практически не электризуются.

Пример: Человек идёт по сухому паркету или сидящий на автомобильном сидении, в сухую погоду, заряжается до 5000 В. Инициирующее вещество воспламеняется, если человек, сидящий на деревянном стуле с лаковым покрытием приблизит к нему руки. Искровой разряд перекрывает промежуток 2-З мин., а потенциал на человеке достигает 20 кВ. Воспламенение проходит, даже если пользоваться инструментом из дерева (т.к. дерево, насыщенное влагой, является проводником), от пластика воспламенения не наблюдается. Течение жидкостей и паров через отверстия с большой скоростью дает сильную электризацию и искровые разряды. Добавка антистатика до 20% уменьшает электризацию и удельное сопротивление на 10-11 порядков).

Генерирование и разделение зарядов (кроме трубопроводов) может происходить внутри конечной емкости при: 1. Разбрызгивание входящих потоков жидкости;

2. Разбрызгивание воды, находящейся на дне бака, входящий потоков;

3. Прохождение пузырей воздуха или газа через слой жидкости или сыпучего материала;

4. Всклубливание выли в бункерах;

5. Перемешивание жидкости или сыпучих материалов внутри контейнера.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов веществах называется электризацией. Электризация связана с рядом условий: контактом поверхностей, образованней двойного электрического слоя и разделением контактируемых поверхностей, одна из которых должна быть диэлектриком. Разделению поверхностей способствует адгезия частиц на заряженных поверхностях. После разделения поверхностей контакта наблюдается рекомбинация зарядов за счет электропроводности и ионных процессов в газоразрядном продукте. При малых скоростях разделения контактов и низких поверхностях сопротивлениях рекомбинация идет за счет электропроводности. При высоких поверхностных сопротивлениях - за счет газоразрядных процессов.

Скорость зарядов на поверхностях σ_п после разделения определяется по формуле:

где σ_с - плотность заряда двойного электрического слоя до разделения

поверхностей, к/м²;

J_Г.Р.- ток, обусловленный газовым разрядом в зазоре, А;

J_ОС - ток, обусловленный омическим сопротивлением поверхностей, А.

τ₁ и τ ₂ - время релаксации зарядов.

Электризация появляется при высоких скоростях и развития поверхностности контакта: фильтровании, смешении, распылении, транспортировании по трубам - трубопроводы из прозрачного диэлектрического материала светятся.

РАЗРЯД СтатическоГО электричествА, как импульс воспламенения

Взрывы от статического электричества происходят вследствие одной

из трех причин:

- искровой разряд с заряженного диэлектрического материала;

- разряд с заряженного незаземленного металлического оборудования; разряд с человека на заземленной предмет .

При электризации твердых, сыпучих и жидких диэлектрических материалов вследствие высокого поверхностного и объемного сопротивления часть заряда выделяется в виде разряда.

Воспламенению горючих смесей от разряда предшествует:

- контакт между: разнородными материалами;

- движение материалов относительно друг друга;

- накопление разрядов;

- образование разности потенциалов;

- искровой, коронный или кистевой разряды.

Значения минимальных энергий воспламенения и критические расстояния (минимальные расстояния между сближаемыми поверхностями в разрядном промежутке) для различных веществ составляют:

- бензол - 0,21 мДк 1,78мм

- этиловый спирт - 0,14 мДж 1,75мм

- алюминиевая пыль - 10 мДж

- сера - 15 мДж

условие безопасности от разрядов статического электричества:

где W - энергия искрового разряда ,Дж;

w_min- - минимальная энергия воспламенения смеси.

Разность потенциалов при электризации диэлектриков может достигать:

При протекании чистого бензола по трубам - 3600 В,

Выпуск С0₂ из баллона высокого давления - 10000 В,

Разбрызгивание красок под давлением - 10000 В,

Лента транспортера при транспортировке сыпучих

Материалов - до 45000 В.

Случаи воспламенений могут происходить в среде горючих веществ при разрядах с человека, которые наблюдаются в помещениях с плохо про­водящим, полом. В этих случаях человек генерирует заряды достаточные для инициирования горючих смесей.

Потенциал на человеке может достигать до 20 кВ, искровой разряд перекрывает промежуток 2-Змм.

Потенциал на человеке рассчитывается аналогично заряду конденсатора. Накопление зарядов статического электричества на человеке возможно при контактном или индуктивном воздействии наэлектризованного материала или элементов одежды, электризующихся при трении друг о друга.

Поскольку опасность возникновения разрядов определяется не только скоростью образования зарядов, но и их утечкой в резервуаре, то для жидкостей с разным объемным сопротивлением устанавливаются различные взаимные скорости перекачки. Так, для диэтилового эфира при диаметре трубопровода 24мм допускаются скорости 1-1,5 м/с.

При больших диаметрах скорость не должна превышать 1 м/с. Для метилового и этилового спирта допускаются скорость в трубах 2-3 м/с, для сложных эфиров, кетонов и спиртов 9-10 м/с, для нефтепродуктов 1 м/с. По данным фирмы "Шел" допустимые скорости перекачки жидких диэлектриков составляют для эфира и сероуглерода 1 м/с, для бензина 4 м/с, для чистой нефти 7 м/с.

Для уменьшения электризации в нефтепродукты вводят антистатичес­кие присадки в количестве 30 г/м³ - 0,001-0,003 вес.% - олеаты хрома и кобальта.