Приложение В (справочное). Стандартные измерения гололедных воздействий

Приложение В
(справочное)

Стандартные измерения гололедных воздействий

В.1 Введение

При проектировании необходимо установить климатические воздействия.

Предметом настоящего стандарта являются гололедные воздействия, однако гололедные отложения в настоящее время не включены в перечень метеорологических данных и услуг, предоставляемых Национальным метеорологическим институтом (НМИ) или Всемирной метеорологической организацией (ВМО).

Исходя из этого, важно найти общую основу для сбора информации о гололедных отложениях, которая может быть использована для инженерной оценки гололедных воздействий.

В настоящем приложении приведены рекомендации, которые могут положить начало сбору таких данных. При этом процедура сбора данных может корректироваться. Для сбора необходимых данных и их обработки, возможно, потребуется определенная координация, которая может осуществляться в сотрудничестве с НМИ и ВМО. К сотрудничеству приглашаются и другие заинтересованные стороны (например, энергетики).

При внедрении рекомендуемой процедуры сбора данных могут возникнуть определенные практические трудности, но предложенный метод должен быть реализован как можно полнее.

Если предложенный метод не может быть реализован в полном объеме ввиду указанных практических трудностей, то представляют интерес также другие методы сбора данных.

При использовании других методов результаты, полученные с их помощью, должны быть адаптированы к методу, описание которого приведено ниже.

В.2 Общие положения

Гололедные отложения зависят не только от параметров окружающей среды, но и от характеристик самого обледеневающего объекта, например:

- от размера (диаметр, ширина и т.д.);

- формы (плоская, с острыми краями, цилиндрическая, сферическая и т.д.);

- гибкости (жесткий/гибкий элемент при изгибе/кручении и т.д.);

- ориентации относительно направления ветра (угол наклона);

и в определенной степени

- от структуры поверхности (окрашенная, стальная, бетонная и т.д.);

- материала (дерево, сталь, пластик и т.д.).

Поэтому для измерения гололедных отложений должны быть установлены устройства, процедуры, расположение на площадке и т.д.

Устройства должны быть запроектированы так, чтобы они оказывали минимально возможное воздействие на процесс обледенения.

По крайней мере, одна часть измерительных устройств должна выполнять стандартные контрольные функции, выполняя стандартные измерения гололедных отложений.

Другие части измерительной системы могут быть использованы для установления связи между "стандартными гололедными отложениями" и наиболее важными параметрами конструкции, перечисленными выше (размер, форма и т.д.). Такие расширенные измерения следует проводить только на специальных площадках, а собранные данные необходимо обрабатывать и использовать вместе с результатами стандартных измерений.

Для таких исследований могут быть использованы подходящие столбы (вышки). При необходимости, например, можно установить другие части, которые будут подвергаться обледенению, такие как тросы малого диаметра (< 30 мм), профили, плоские объекты и т.д.

Периодичность наблюдений можно принимать с учетом местных условий.

На площадках, на которых таяние или отпадение льда может наступить через короткий промежуток времени после периода обледенения, наблюдения следует производить, прежде чем это произойдет (через несколько часов или дней после обледенения).

В устойчиво холодных местностях (высокогорье и т.д.) такие наблюдения достаточно проводить через неделю или через месяц.

За один сезон (зиму) необходимо зарегистрировать хотя бы максимальное значение.

При выполнении автоматической регистрации результатов важно также проводить визуальные наблюдения во время и/или после гололедного периода, так как только такие исследования могут дать максимум информации о таких сложных нагрузочных ситуациях.

Если оснастить опытную площадку системой дистанционной регистрации данных, то станет возможным немедленное получение информации о гололедной ситуации и своевременное посещение площадки.

В.3 Рекомендуемые измерения

В.3.1 Стандартные контрольные измерения

Общая конструкция стандартного измерительного устройства выглядит следующим образом:

a) Цилиндр диаметром 30 мм устанавливают в вертикальное положение и медленно поворачивают вокруг своей оси. Минимальная длина цилиндра должна составлять 0,5 м, но при возможности сильного обледенения длина должна равняться 1 м.

b) Цилиндр устанавливается на высоте примерно 10 м над поверхностью земли*.

------------------------------

* Следует учитывать максимальную высоту снегового покрова в зимний период. Цилиндр предпочтительно устанавливать на площадках, где снег сносится ветром. На практике допускается устанавливать его на различных высотах над уровнем земли, если результаты соответствуют измеренным на высоте 10 м.

c) Проводят регистрацию как минимум массы гололеда.

В.3.2 Другие наблюдения

По возможности наблюдения должны также включать в себя следующее:

а) Общие габариты отложений гололеда, т.е. диаметр или максимальные и минимальные размеры поперечного сечения. Вдоль оси цилиндра возможны определенные изменения, которые необходимо зарегистрировать.

b) Эскизы форм или поперечных сечений с указанием результатов указанных выше измерений.

c) Тип гололеда (см. таблицу 2).

d) Направление ветра в период обледенения.

e) Набор проб льда для определения плотности.

f) Фотографии (общий вид и вид крупным планом).

В.3.3 Вывод результатов измерений

Длина рядов измерений должна быть достаточно длительной в целях формирования надежной базы для анализа экстремальных значений. В зависимости от условий длительность периода измерений может составлять от нескольких лет до нескольких декад.

При этом короткие серии измерений также могут быть полезны и могут быть связаны с более продолжительными записями метеорологических данных статистически или (предпочтительнее) физически, в сочетании с использованием теоретических моделей.

Согласно определениям 3.1 и 3.2 результаты измерений должны быть выражены следующим образом:

a) Ледовый класс (IC) должен быть указан согласно таблицам 4 или 5.

b) Средний размер (диаметр) гололедных отложений, измеренных на вертикальную проекцию: диаметр или L, или D, м.

c) Средняя плотность льда: , кг/м³. (Метод проведения измерений необходимо рассмотреть.)

Если в дополнение к поворотному цилиндру проводят другие измерения, включая измерение ветра с подробной регистрацией нагрузки [реакции во всех направлениях, вертикальной и поперечной (горизонтальной)], возможно, коэффициент лобового сопротивления C_D можно будет определить посредством соответствующих расчетов.

Это очень полезно, так как предлагаемые значения коэффициента C_D достаточно неопределенны и, возможно, требуется их корректировка (в особенности, по результатам полевых измерений).

Поэтому рекомендуется продолжить измерения таким образом, чтобы получить дополнительную необходимую информацию.

В.3.4 Дополнительные метеорологические измерения

В местностях, где метеорологические наблюдения не проводятся или проводятся в ограниченных масштабах, стандартные контрольные измерения следует дополнять метеорологическими наблюдениями.

Как минимум, необходимо регистрировать показания температуры и влажности, но значения скорости и направления ветра также очень важны, особенно при расчете воздействий.

Однако особого внимания заслуживает вопрос обеспечения качества данных. Обледенение измерительных приборов и/или их защитных экранов может привести к искажению результатов измерений и к повреждению датчиков (сенсоров).

В.4 Измерения на других объектах

В рамках настоящего стандарта участки, подвергающиеся обледенению, классифицированы по определенным ледовым классам. Чем выше номер класса, тем сильнее обледенение того или иного участка.

Согласно таблицам 4 и 5 ледовый класс определенной площадки или участка можно определить по результатам стандартных контрольных измерений.

В других таблицах значения гололедных отложений, полученных по стандартным контрольным измерениям, преобразуются в гололедные отложения на других объектах такого же ледового класса. Такое преобразование проводят, в основном, опытным путем. Это говорит о полезности записей значений гололедных отложений на других объектах, помещенных вместе с измерениями стандартного гололедного коллектора (цилиндр диаметром 30 мм).

Необходимо провести также наблюдения за обледенением на уже существующих объектах. К таким объектам можно отнести конструкции антенн, воздушных линий электропередачи, фуникулеров и т.д.

Однако, чтобы получить максимальные значения по данным таких наблюдений, метеорологи, которые проводят контрольные измерения, должны обработать все полученные данные.

В.5 Ответственность

Измерения атмосферного обледенения не входят в действующую стандартную программу метеорологических наблюдений, поэтому заинтересованные собственники (например, энергетические и телекоммуникационные компании) должны взять на себя ответственность за организацию соответствующих программ сбора необходимых данных.

В частности, систематические наблюдения за обледенением могут проводиться во время периодических осмотров и технического обслуживания эксплуатируемых сооружений.

Однако организацией в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды (далее - органы гидрометеорологии) настоятельно рекомендуется разделить общую ответственность за сбор и анализ данных. Органы гидрометеорологии должны своевременно предоставлять своим клиентам/заказчикам все зарегистрированные данные в качестве базового материала. Необходимо отметить, что органы гидрометеорологии отвечают за подготовку всей необходимой климатической информации, используемой для разработки норм и стандартов, находящихся в зоне ответственности инженерных организаций.