РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ МОЛНИЕЗАЩИТЫ В AUTOCAD

Бондаренко И.Л.¹, Моногаров С.И.²

¹Студент, кафедра внутризаводского электрооборудования и автоматики; ²Старший преподаватель, кандидат технических наук

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», Армавирский механико-технологический институт

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ МОЛНИЕЗАЩИТЫ В AUTOCAD

Аннотация

Удар молнии в здание может повлечь за собой его повреждение и разрушение, выход из строя электрооборудования, и поражение электрическим током людей. Проектирование молниезащиты является важным аспектом в обеспечении безопасности зданий и сооружений.

Построение схем молниезащиты чаще всего производится в программе AutoCAD. Автоматизация этого процесса может  существенно облегчить и ускорить работу проектировщиков. В данной работе приводится методика автоматического построения схемы молниезащиты при использовании языка программирования AutoLISP, являющегося стандартным для AutoCAD.

Методика может найти широкое практическое применение среди проектировщиков, благодаря легкости применения.

Ключевые слова: молниезащита, AutoCAD, AutoLISP, одиночный тросовой молниеотвод.

Bondarenko I.L.¹, Monogarov S.I.²

¹Student, Department of Electrical and intra-plant automation; ²Senior Lecturer, candidate of technology.

FGBOU VPO "Kuban State Technological University", Armavir Mechanical-Technology Institute

CALCULATION AND CONSTRUCTION OF LIGHTNING PROTECTION CIRCUITS IN AUTOCAD

Abstract

A lightning strike to the building may result in damage and destruction, failure of electrical equipment, and electrical shock people. Design of lightning protection is an important aspect in ensuring the safety of buildings and structures.

The construction of lightning protection circuits is most often made in the program AutoCAD. Automating this process can greatly facilitate and accelerate the work of the designers. In this paper we present a method of automatic construction of lightning protection scheme using the programming language AutoLISP, which is the standard for AutoCAD.

The technique can find wide use among designers, due to the ease of use.

Keywords: lightning protection, AutoCAD, AutoLISP, single rope lightning rod.

Молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в строительный объект правильно спроектированное и сооруженное молниезащитное устройство должно принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам в систему заземления, где энергия разряда должна безопасно рассеяться. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта. /1/

Высота объекта определяет радиус стягивания молний. Из опыта исследований грозопоражения объектов различной высоты принимается, что радиус стягивания молний R приблизительно равен тройной высоте H объекта: R= 3H . Логична закономерность, что высокие объекты притягивают к себе разряды молнии из облака не только строго над своей вершиной, но и с периферийных частей грозовой тучи.

Для расчета ожидаемого числа ударов молнии в объект в течение года используют радиус стягивания, который легко определить, зная высоту объекта. Предположим, высота объекта H составляет 10 м, тогда радиус стягивания молний R составит 30 м, а площадь стягивания молний S (формулу площади круга S =πR²) будет равна 2 826 кв.м. Если определить удельную плотность ударов молнии в кв.км. В 1 км – 1000м, следовательно в 1 кв.км. – 1000000 кв.м. Учитывая это составляем пропорцию и определяем, что в течение года в объект высотой 10 м попадет 0,0028 молний, т.е. приблизительно одна молния в 333 года. Несложно подсчитать поражение молнией, например человека на открытой местности. При росте человека до 2 м и удельной плотности ударов молнии, равной 4 на кв км ожидаемое количество ударов молнии в него будет составлять раз в приблизительно 2000 лет. /2/

Согласно СО 153-34.21.122-2003 стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h₀ < h и основанием на уровне земли 2r₀ (рис. 1).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 1) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Рис. 1. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:Полуширина r_х зоны защиты требуемой надежности (рис. 1) на высоте h_x от поверхности земли определяется выражением:

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в табл. 3.4. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропередачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправданным затратам. /3/

Таблица 1. Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Надежность защиты Рз	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	От 0 до 150	0,87h	1,5h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,95h
	От 30 до 100	0,8h	[0,95-7,14µ10-4(h-30)]h
	От 100 до 150	0,8h	[0,9-10-3(h-100)]h
0,999	От 0 до 30	0,75h	0,7h
	От 30 до 100	[0,75-4,28·10-4(h-30)]h	[0,7-1,43·10-3(h-30)]h
	От 100 до 150	[0,72-10-3(h-100)]h	[0,6-10-3(h-100)]h

Данная работа была разработана для программы AutoCAD при помощи языка программирования AutoLISP.

AutoLISP — диалект языка Лисп, обеспечивающий широкие возможности для автоматизации работы в AutoCAD. AutoLISP — самый старый из внутренних языков программирования AutoCAD, впервые он появился в 1986 году в AutoCAD 2.18 (промежуточная версия). В AutoLISP реализовано тесное взаимодействие с командной строкой, что способствовало его популяризации среди инженеров, работающих с AutoCAD.

Язык программирования AutoLISP— это вариант языка LISP, в который добав­лены функции доступа к объектам, таблицам и словарям системы AutoCAD. Ос­новой языка LISP является работа со списками, которые могут иметь произволь­ную длину и включать элементы разной природы (числа, текстовые строки, ука­затели файлов и т. д.). В то же время в языке доступны обычные арифметические вычисления, логические операции, работа с файлами и т.д. С помощью языка AutoLISP можно писать программы или вводить в командной строке выражения, которые затем вычисляет система AutoCAD. Для чтения и разбора выражений в систему AutoCAD встроен интерпретатор AutoLISP. /4/

Была разработана программа, позволяющая в программе AutoCAD с использованием языка AutoLISP производить  расчеты геометрических размеров элементов схемы молниезащиты и зон защиты, и на основе этого выполнять построения. 

Программа выполняется в несколько этапов:

А) Ввод исходных данных и расчет необходимых для построения величин. Ввод осуществляется через командную строку либо через использование внешнего текстового файла.

Рис 2. Ввод исходных данных

Б) Ввод команд для построения чертежа

Рис 3. Ввод команд

Для примера приведем отрывок листинга программы с пояснением команд:

Плиния  — Создание объекта «Полилиния»

0,0 — Начальная точка

(list 0 shr) — Вторая точка

(list Dl shr) — Третья точка

(list Dl 0)  — Четвертая точка

З — Замыкание «Полилинии»

Плиния — Создание объекта «Полилиния»

(list a (+ (/ Shr 2) R0)) — Начальная точка

(list (+ a AB) (+ (/ Shr 2) R0)) — Вторая точка

Д  — тип линии «Дуга»

(list (+ a AB) (- (/ shr 2) R0)) — Третья точка

Л  — тип линии «Прямая»

(list a  (- (/ shr 2) R0))  — Четвертая точка

Д  — тип линии «Дуга»

(list a (+ (/ Shr 2) R0))  — Пятая точка

З — Замыкание «Полилинии»

При  вводе команд AutoCAD автоматически производит построения.

Рис 4. Итоговый результат

Данная работа может быть применена при проектировании  электроустановок, а именно при  построении молниезащиты. Работа заняла 3е место в конкурсе студенческих проектов в области распределительного электросетевого комплекса среди студентов профильных вузов города Армавира.