Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7921-2-2:2009 đưa ra các đặc tính cơ bản, các đại lượng đặc trưng và phân loại các điều kiện môi trường phụ thuộc vào giáng thủy và gió liên quan đến các sản phẩm kỹ thuật điện. Mời các bạn cùng tham khảo.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 7921-2-2:2009 IEC 60721-2-2:1988 PHÂN LOẠI ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG – PHẦN 2-2: ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG XUẤT HIỆN TRONG TỰ NHIÊN – GIÁNG THỦY VÀ GIÓ Classification of environmental conditions – Part 2-2: Environmental conditions appearing in nature – Precipitation and wind Lời nói đầu TCVN 7921-2-2:2009 thay phần tương ứng TCVN 4306:1986; TCVN 7921-2-2:2009 hoàn toàn tương ứng với IEC 60721-2-2:1988; TCVN 7921-2-2:2009 Ban Kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E3 Thiết bị điện tử dân dụng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố Lời giới thiệu TCVN 7921-2-2:2009 phần Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7921 Bộ tiêu chuẩn TCVN 7921 (IEC 60721), Phân loại điều kiện môi trường, gồm phần sau: 1) TCVN 7921-1:2008 (IEC 60721-1:2002), Phần 1: Tham số môi trường độ khắc nghiệt 2) TCVN 7921-2-1:2008 (IEC 60721-2-1:2002), Phần 2-1: Điều kiện môi trường xuất tự nhiên – Nhiệt độ độ ẩm 3) TCVN 7921-2-2:2009 (IEC 60721-2-2:1988), Phần 2-2: Điều kiện môi trường xuất tự nhiên – Giáng thủy gió 4) TCVN 7921-2-3:2009 (IEC 60721-2-3:1987), Phần 2-1: Điều kiện môi trường xuất tự nhiên – Áp suất khơng khí 5) TCVN 7921-2-4:2009 (IEC 60721-2-4:2002), Phần 2-1: Điều kiện môi trường xuất tự nhiên – Bức xạ mặt trời nhiệt độ 6) TCVN 7921-2-5:2009 (IEC 60721-2-5:1991, Phần 2-1: Điều kiện môi trường xuất tự nhiên – Bụi, cát sương muối 7) TCVN 7921-3-0:2008 (IEC 60721-3-0:2002), Phần 3-0: Phân loại theo nhóm tham số mơi trường độ khắc nghiệt – Giới thiệu 8) TCVN 7921-3-1:2008 (IEC 60721-3-1:1997), Phần 3-1: Phân loại theo nhóm tham số môi trường độ khắc nghiệt – Bảo quản 9) TCVN 7921-3-2:2008 (IEC 60721-3-2:1997), Phần 3-2: Phân loại theo nhóm tham số mơi trường độ khắc nghiệt – Vận chuyển PHÂN LOẠI ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG – PHẦN 2-2: ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG XUẤT HIỆN TRONG TỰ NHIÊN – GIÁNG THỦY VÀ GIÓ Classification of environmental conditions – Part 2-2: Environmental conditions appearing in nature – Precipitation and wind Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn đưa đặc tính bản, đại lượng đặc trưng phân loại điều kiện môi trường phụ thuộc vào giáng thủy gió liên quan đến sản phẩm kỹ thuật điện Tiêu chuẩn sử dụng tài liệu sở chọn mức khắc nghiệt thích hợp tham số liên quan đến giáng thủy gió ứng dụng sản phẩm Khi chọn mức khắc nghiệt tham số liên quan đến giáng thủy gió ứng dụng sản phẩm, cần áp dụng giá trị cho TCVN 7921-1 (IEC 60721-1) Mục đích Tiêu chuẩn nhằm xác định đặc trưng giáng thủy gió phần mức khắc nghiệt mà sản phẩm có nhiều khả phải chịu trình vận chuyển, bảo quản sử dụng Qui định chung Khí trái đất chuyển động khơng ngừng Khí gia nhiệt, làm mát làm ẩm cục Sự chênh lệch mật độ gây vùng áp suất cao vùng áp suất thấp Gió khơng thổi trực tiếp từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp bị lệch hướng lực Coriolis chuyển động quay trái đất Chuyển động liên tục theo phương ngang gây chuyển động hướng lên chậm vùng rộng lớn bề mặt nóng lên sinh luồng hút lên cục nhiệt Khơng khí khơng thể trì hàm lượng nước dạng áp suất nhiệt độ giảm xuống giá trị thích hợp, hình thành giáng thủy Ví dụ, khối lượng khơng khí nhiệt độ 20 oC có khả chứa lượng nước 17,3 g/m3 thể Nếu nhiệt độ giảm xuống oC lượng nước 4,8 g/m3 3.1 Giáng thủy Loại giáng thủy cụ thể, mưa, mưa đá tuyết kết trình phức tạp đám mây Nhiệt độ mây thay đổi theo chiều thẳng đứng Độ cao mà xuất nhiệt độ oC lấy làm mức đóng băng Độ cao mức đóng băng, nhiệt độ thấp oC thấp mức đóng băng nhiệt độ cao oC Trong đám mây độ cao mức đóng băng, giọt nước siêu lạnh thường tồn phạm vi nhiệt độ từ oC đến -13 oC, số trường hợp ngoại lệ, nhiệt độ đạt đến -50 oC Sự hình thành giọt nhỏ tinh thể băng phụ thuộc vào nhiều điều kiện, ví dụ luồng khơng khí chuyển động thẳng, phân bố nhiệt độ trình diễn biến giọt nhỏ tinh thể băng mây Trên đường rơi xuống, giọt nhỏ tinh thể băng qua lớp mà nhiệt độ chuyển sang giá trị dương trì giá trị dương giọt nhỏ tinh thể băng trở thành giọt rơi xuống đất dạng mưa Tùy theo điều kiện, mưa tiếp tục tăng lên đường rơi xuống Vận tốc rơi tăng lên theo đường kính giọt (xem Hình 1) Một giọt có kích thước từ mm đến mm có vận tốc tương ứng m/s, giọt lớn vỡ thành giọt nhỏ giọt to lên đường rơi xuống Kết phân bố kích cỡ giọt có giới hạn mm đến mm Các giọt mưa qua lớp có nhiệt độ đảo ngược q trình khơng khí nhiệt độ lại giảm xuống khơng Điều làm cho giọt đóng băng thành cục mưa đá rơi xuống đất dạng Một cách khác, giọt trì dạng giọt nhỏ siêu lạnh chúng chạm vào bề mặt đóng băng giọt đóng băng chạm vào bề mặt Q trình xảy khác dòng khơng khí lên nâng giọt lên đến vùng cao có nhiệt độ khơng, gây đóng băng Các cục nước đá lớn lên hình thành sương muối bề mặt chúng Q trình đóng băng tan băng liên tiếp xảy cục nước đá có kích cỡ đáng kể Kích cỡ lớn ghi lại 140 mm (làng Convey, Kansas, 3/9/1970) Tuy nhiên, đường kính cục nước đá có độ lớn gặp Nếu nhiệt độ trì khơng suốt q trình rơi xuống, tinh thể băng giữ trạng thái rắn rơi xuống đất dạng tuyết Tùy thuộc vào điều kiện, tinh thể hình thành số lượng lớn hình dạng khác đặn, tạo thành bơng tuyết Chúng có đường kính cm nhẹ 3.2 Gió Hệ thống gió tồn cầu khí hàm giá trị nhiệt độ cao vùng xích đạo nhiệt độ thấp vùng cực, kết hợp với ảnh hưởng quay trái đất Gió gần mặt đất liên quan đến sản phẩm trình vận chuyển, bảo quản sử dụng, số ứng dụng định cao mặt đất phải xem xét đến điều kiện gió độ cao Gió phần thấp khí phụ thuộc vào gia nhiệt xạ mặt trời vào hình dạng bề mặt mặt đất kể cơng trình xây dựng chướng ngại vật có Ảnh hưởng điều kiện cục xuất xoáy nhiệt xoáy ma sát chuyển động gió Vào ban ngày, luồng khơng khí gần bề mặt trái đất kết hợp hai xốy này, vào ban đêm chủ yếu tồn xoáy Ảnh hưởng xốy lên gió bề mặt làm xuất gió mạnh Tần suất gió mạnh ngẫu nhiên, nhìn chung tương ứng với khoảng thời gian cỡ vài giây Tốc độ gió cao trận bão khí quyển, ví dụ gió xốy lốc xốy Tốc độ gió mạnh mức mặt đất lớn 80 m/s ghi lại vùng gió xốy vùng nhiệt đới cận nhiệt đới, tốc độ 125 m/s xuất lốc xoáy khả xuất tốc độ nhỏ Đặc trưng 4.1 Mưa Mưa đặc trưng tham số vật lý sau: - cường độ mưa đo được, tính mm/h (là chiều cao cột nước bề mặt nằm ngang mà khơng bị thất thốt), - phân bố cỡ giọt, - phân bố vận tốc rơi, - nhiệt độ giọt mưa Các tham số khác độ khơng tinh khiết nhiễm khơng khí, muối biển, v.v… không xem xét đây, chúng có ảnh hưởng quan trọng lên sản phẩm Khảo sát tham số đặc trưng kiểu mưa khác cho Bảng Bảng – Đặc trưng mưa (lấy trung bình thời gian dài) Kiểu mưa Giới hạn cường độ Đường kính giọt điển hình mưa Vận tốc rơi mm/h mm m/s Vệt 0,01 – 0,1 < 0,25 Mưa nhẹ 1,0 0,1 – 0,5 0,25 – Mưa vừa 4,0 0,5 – 1,0 1–2 Mưa to 15 1,0 – 2,0 2–4 Mưa to 40 2,0 – 5,0 4–7 Mưa giông > 100 > 3,0 >6 Mưa nhỏ Cường độ mưa IEC 60721-3 có giá trị cường độ đỉnh thời gian ngắn “Vệt” thuật ngữ đo lường cường độ mưa nhỏ mm/h Nhiệt độ giọt mưa thường giống với nhiệt độ bầu ướt máy đo độ ẩm, có sai lệch, ví dụ mưa tạo từ hạt tinh thể băng bắt đầu mưa 4.2 Mưa đá Mưa đá đặc trưng tham số vật lý hạt mưa đá sau: - đường kính, - mật độ, - vận tốc rơi, - lượng va đập Ở xét hạt mưa đá có đường kính lớn ảnh hưởng có hại chúng hạt mưa đá có đường kính nhỏ lại có tần suất phổ biến Mật độ hạt mưa đá xấp xỉ 900 kg/m3 Vận tốc rơi xác định công thức: v 5,16 d v vận tốc rơi, tính mét giây; d đường kính hạt mưa đá, tính milimét Từ đó, lượng va đập tính từ khối lượng (đường kính, mật độ) vận tốc rơi Bảng đưa đặc trưng hạt mưa đá có đường kính từ 20 mm trở lên Bảng – Đặc trưng mưa đá Đường kính Khối lượng Vận tốc rơi Năng lượng va đập mm g m/s J 20 23 50 59 36 39 60 102 40 81 70 162 43 151 80 241 46 257 90 344 49 411 100 471 52 627 CHÚ THÍCH: Các giá trị làm tròn 4.3 Tuyết Tuyết sinh dạng bơng tuyết có đường kính vài milimet mật độ thấp Tuy nhiên, bị thổi luồng gió mạnh tinh thể tuyết bị vỡ thành hạt nhỏ có đường kính 20 m trung bình 80 m Mật độ tuyết rơi mặt đất khác nhiều Tuyết vừa rơi xuống có mật độ phạm vi từ 70 kg/m2 đến 150 kg/m3 mật độ tuyết rơi từ lâu 200 kg/m3 đến 400kg/m3 4.4 Gió Tốc độ gió bị ảnh hưởng đáng kể đặc điểm phong cảnh địa phương độ cao so với mặt đất Mặt đất gồ ghề tốc độ gió gần mặt đất giảm; có khác đáng kể tốc độ gió gần mặt đất tốc độ gió độ cao mặt đất Bảng minh họa ảnh hưởng Bảng - Ảnh hưởng độ cao bề mặt đến tốc độ gió Độ cao so với Tốc độ gió tương đối bề mặt khác tính phần trăm mặt đất tốc độ gió độ cao 500 m, % mm Trung tâm thành phố, Các quận ngoại thành, khu Vùng đất phẳng, tòa nhà cao tầng vực rừng biển 500 100 100 100 300 82 92 100 100 53 68 86 30 32 48 71 10 21 36 60 13 25 49 Phân loại Mưa, mưa đá, tuyết gió có ảnh hưởng khác đến sản phẩm, có ảnh hưởng riêng loại, có ảnh hưởng kết hợp lẫn ảnh hưởng kết hợp với tham số mơi trường khác Một số ví dụ tham số đơn lẻ tham số kết hợp cho 5.1 Mưa bình thường Mưa có cường độ khác biến đổi đáng kể theo vĩ độ, khí hậu mùa Nhìn chung, cường độ xem xét cao xuất bão nhiệt đới vòi rồng Cường độ mưa ghi lại giới vào khoảng 300 mm Các trận mưa thường ngắn, ví dụ mưa bão nhiệt đới kéo dài 30 Mưa bình thường gồm giọt có kích cỡ vận tốc khác Các đặc trưng giọt phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ hàm lượng ẩm khí Các tính chất khí tạo bay phần hoàn toàn giọt nước rơi xuống Nhìn chung, nhiệt độ mặt đất cao độ ẩm trung bình cao kích cỡ hạt trung bình lớn Do đó, mưa vùng nhiệt đới thường gồm giọt lớn giọt mưa, ví dụ, vùng Bắc Âu (xem Hình 2) 5.2 Mưa tạt Mưa tạt kết hợp mưa gió Gió bổ sung thành phần vận tốc theo phương nằm ngang vào vận tốc rơi, tạo thêm áp suất mức tổng thể Bản thân mưa tạo áp suất nước bị làm lạnh nhiệt độ mưa thấp Trong vùng nhiệt đới, cường độ mưa 130 mm/h kết hợp với tốc độ gió 30 m/s giá trị lớn lấy trung bình Các giá trị đỉnh phút cường độ mưa cao đáng kể so với giá trị lớn h đề cập đạt đến 20 mm vùng nhiệt đới đến 10 mm vùng lại trái đất 5.3 Hình thành băng Việc hình thành băng xuất có kết hợp mưa rơi mặt phẳng lạnh oC (ví dụ xạ bầu trời đêm), hạt mưa siêu lạnh đóng băng va đập Chiều dày lớp băng đến 75 mm xuất tháp anten kết cấu cao tương tự 5.3.1 Hơi sương Hơi sương hình thành khơng khí ẩm tiếp xúc với bề mặt lạnh oC bay lên Hơi sương thường hình thành có gió nhẹ Nó tinh thể hình kim tính bám dính vào bề mặt 5.3.2 Sương muối Sương muối hình thành va chạm nhiều lần đóng băng giọt nước siêu lạnh mang theo gió đập vào đối tượng Nó có hình dạng đặc trưng “đi tơm” điểm mà sương muối chạm vào vật nhỏ lớn lên theo chiều gió Sương muối có màu trắng có kết cấu dạng hạt Ở vùng có nhiều núi, sương muối xuất đối tượng tốc độ 30 mm/h 30 cm đêm Sương muối xuất với tuyết tạo vỏ bọc tuyết lớn lên đối tượng Có thể có lớp lớn 150 mm gần mặt đất tăng tuyến tính đến 500 mm độ cao 100 m so với mặt đất Mật độ lớp xấp xỉ 200 kg/m3 5.3.3 Băng Băng hình thành giọt nước siêu lạnh đóng băng bề mặt Băng cứng suốt mờ đục Băng hình thành kết cấu dạng lớp lớp suốt mờ đục với bọt khơng khí nhỏ bên kết cấu Băng khơng có kết cấu đặc biệt Nó rắn chắc, khối lượng riêng lớn lực bám dính lớn Băng hình thành nhiệt độ thấp vận tốc gió cao 5.3.4 Lớp băng Lớp băng hình thành hạt siêu lạnh bề mặt hình thành màng nước trước đóng băng Khối lượng riêng độ bám dính lớp băng cao khơng có bọt khơng khí bên 5.3.5 Quá trình hình thành băng Kiểu hình thành băng phụ thuộc vào: - nhiệt độ khơng khí, - vận tốc gió, - đường kính giọt nước siêu lạnh, - hàm lượng nước thể lỏng Hình Hình thể mối quan hệ kiểu hình thành băng, đường kính giọt nước, vận tốc gió nhiệt độ khơng khí - Dạng băng bề mặt trụ phụ thuộc vào: - bán kính hình trụ, - vận tốc gió, - kích cỡ giọt nước Có thể tìm bán kính giới hạn ứng với vận tốc gió kích cỡ giọt nước mà lớn giá trị khơng có có băng hình thành (xem Hình 5) 5.4 Mưa đá Ở hầu hết phần trái đất, cục mưa đá có đường kính đến 20 mm xảy ra, đường kính lớn 50 mm có xác suất xuất thấp 5.5 Trọng tải tuyết Trọng tải lớn tuyết thường thấy phần phía nam vùng có mùa đơng lạnh giá (đối với bán cầu bắc, ngược lại bán cầu nam), đặc biệt phần vùng bị chi phối khí hậu biển Ở vùng này, trọng tải tuyết vào khoảng kPa tương ứng với độ sâu m tuyết 0,7 m tuyết cũ Ở vùng có nhiều núi, trọng tải lớn đến mười lần 5.6 Tuyết rơi tạt Tuyết rơi tạt kết hợp tuyết gió Trong điều kiện này, tuyết chứa hạt nhỏ lùa qua khe nhỏ khớp nối sản phẩm Khối lượng lùa theo chiều ngang giảm nhanh theo khoảng cách so với mặt đất Các giá trị lớn dự kiến giá trị cho Bảng Bảng – Khối lượng lùa lớn theo chiều ngang tuyết Độ cao so với mặt đất Khối lượng lùa theo chiều ngang m g/(m2s) 10 310 560 0,5 800 0,1 000 5.7 Lực gió Gió gây kết cấu lực hàm tốc độ gió trung bình kích cỡ hình dạng vật thể Đối với phẳng đặt vng góc với hướng gió, lực lượng cho cơng thức: F = 0,65v2A F lực tính niuton v vận tốc trung bình gió tính mét giây A diện tích phẳng tính mét vng Các gió mạnh gây xung lực ngắn mà số trường hợp theo chu kỳ tạo biên độ rung lớn cộng hưởng với tần số đáp ứng tự nhiên kết cấu Tần số gió mạnh thường Hz Một tượng đặc biệt thoát hai luồng xốy xuống từ hình trụ nằm vng góc với hướng gió Sự tác động trở lại lực theo chu kỳ lên hình trụ vng góc với hướng gió Tần số lực cho công thức f 0,195 v d f tần số tính hec v vận tốc trung bình gió tính mét giây Hình – Vận tốc giới hạn giọt nước Hình – Sự biến đổi kích cỡ giọt nước theo mưa khơng khí khơng có gió điều độ cao so với mực nước biển bay kiện khí quyển: 101,3 kPa, +20 oC giá trị độ ẩm tương đối khác (R.H) Hình – Ba kiểu hình thành băng hàm Hình – Ba kiểu hình thành băng hàm nhiệt độ đường kính giọt nhỏ nhiệt độ vận tốc gió Hình - Bán kính giới hạn (RL) hình trụ mà lớn giá trị khơng hình thành hình thành băng MỤC LỤC Lời nói đầu Lời giới thiệu Phạm vi áp dụng Mục đích Quy định chung 3.1 Giáng thủy 3.2 Gió Đặc trưng 4.1 Mưa 4.2 Mưa đá 4.3 Tuyết 4.4 Gió Phân loại 5.1 Mưa bình thường 5.2 Mưa tạt 5.3 Hình thành băng 5.4 Mưa đá 5.5 Trọng tải tuyết 5.6 Tuyết rơi tạt 5.7 Lực gió ... số liên quan đến giáng thủy gió ứng dụng sản phẩm, cần áp dụng giá trị cho TCVN 792 1-1 (IEC 6072 1-1 ) Mục đích Tiêu chuẩn nhằm xác định đặc trưng giáng thủy gió phần mức khắc nghiệt mà sản phẩm... trưng tham số vật lý sau: - cường độ mưa đo được, tính mm/h (là chiều cao cột nước bề mặt nằm ngang mà không bị thất thoát), - phân bố cỡ giọt, - phân bố vận tốc rơi, - nhiệt độ giọt mưa Các tham... băng bắt đầu mưa 4.2 Mưa đá Mưa đá đặc trưng tham số vật lý hạt mưa đá sau: - đường kính, - mật độ, - vận tốc rơi, - lượng va đập Ở xét hạt mưa đá có đường kính lớn ảnh hưởng có hại chúng hạt