МОЛНИЕОТВОД - устройство для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии. М. включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода.
В зависимости от конструкции молниеприемника различают стержневые, тросовые, сетчатые и комбинированные М.
По числу совместно действующих молниеприемников их делят на одиночные, двойные и многократные.
Кроме того, по месту расположения М. бывают отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания. Защитное действие М. основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты М. Зоной защиты М. называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95%) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии. Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые М.
Тросовые М. чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти М. изготавливают в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Стержневые и тросовые М. обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.
В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150 мм2, с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводяшей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков - специально наложенные на трубы проволочные кольца.
М. стержневой - М. с вертикальным расположением молниеприемника.
М. тросовый (протяженный) - М. с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах.
ЗОНЫ ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ
Обычно зону защиты обозначают по максимальной вероятности прорыва, соответствующей ее внешней границе, хотя в глубине зоны вероятность прорыва существенно уменьшается.
Расчетный метод позволяет построить для стержневых и тросовых молниеотводов зону защиты с произвольным значением вероятности прорыва, т.е. для любого молниеотвода (одиночного или двойного) можно построить произвольное количество зон защиты. Однако для большинства народнохозяйственных зданий достаточный уровень защиты можно обеспечить, пользуясь двумя зонами, с вероятностью прорыва 0,1 и 0,01.
В терминах теории надежности вероятность прорыва - это параметр, характеризующий отказ молниеотвода как защитного устройства. При таком подходе двум принятым зонам защиты соответствует степень надежности 0,9 и 0,99. Эта оценка надежности справедлива при расположении объекта вблизи границы зоны защиты, например объекта в виде кольца, соосного со стержневым молниеотводом. У реальных же объектов (обычных зданий) на границе зоны защиты, как правило, расположены лишь верхние элементы, а большая часть объекта помещается в глубине зоны. Оценка надежности зоны защиты по ее внешней границе приводит к чрезмерно заниженным значениям. Поэтому, чтобы учесть существующее на практике взаимное расположение молниеотводов и объектов, зонам защиты А и Б приписана в РД 34.21.122-87 ориентировочная степень надежности 0,995 и 0,95 соответственно.
Одиночный стержневой молниеотвод.
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. П3.1), вершина которого находится на высоте h0 1.1. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h? 150 м имеют следующие габаритные размеры. Зона A: h0 = 0,85h, r0 = (1,1 - 0,002h)h, rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85). Зона Б: h0 = 0,92h; rx =1,5(h - hx/0,92). Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h и может быть определена по формуле h = (rx + 1,63hx)/1,5. Рис. П3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: I - граница зоны защиты на уровне hx, 2 -то же на уровне земли Одиночный тросовый молниеотвод.
Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h? 150 м приведена на рис. П3.5, где h - высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм2 при известной высоте опор hоп и длине пролета а высота троса (в метрах) определяется: h = hоп - 2 при а < 120 м; h = hоп - 3 при 120 < а < 15Ом. Рис. П3.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой удар молнии. Поэтому он должен надежно противостоять механическим и тепловым воздействиям тока и высокотемпературного канала молнии. Несущая конструкция несет на себе молниеприемник и токоотвод, объединяет все элементы молниеотвода в единую, жесткую, механически прочную конструкцию. В электроустановках молниеотводы устанавливаются вблизи токоведущих частей, находящихся под рабочим напряжением. Падение молниеотвода на токоведущие элементы электроустановки вызывает тяжелую аварию. Поэтому несущая конструкция молниеотвода должна иметь высокую механическую прочность, которая исключила бы в эксплуатации случаи падения молниеотвода на оборудование электростанций и подстанций. Молниеотвод должен иметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом растеканию импульсного тока. Защитное свойство стержневых молниеотводов заключается в том, что они ориентируют на себя лидер формирующегося грозового разряда. Разряд происходит обязательно в вершину молниеотвода, если он формируется в некоторой области, расположенной над молниеотводом. Эта область имеет вид расширяющегося вверх конуса и называется зоной 100%-го поражения. Опытными данными установлено, что высота ориентировки молнии H зависит от высоты молниеотвода h. Для молниеотводов высотой до 30 метров: а для молниеотводов высотой более 30 метров H=600 м. где - активная часть молниеотвода, соответствующая его превышению над высотой защищаемого объекта: Рисунок 1.1 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 - граница зоны защиты; 2 - сечение зоны защиты на уровне.
Для расчёта радиуса защиты в любой точке защитной зоны, в том числе и на уровне высоты защищаемого объекта, используется формула: где - поправочный коэффициент, равный 1 для молниеотводов высотой меньше 30 метров и равный для более высоких молниеотводов. Зоны защиты протяженных объектов в которых используется несколько молниеотводов, целесообразно, чтобы зоны их 100%-го поражения смыкались над объектом или даже перекрывали друг друга, исключая вертикальный прорыв молнии на объект защиты Расстояние (S) между осями молниеотводов должно быть равно или меньше величины, определяемой из зависимости: Зона защиты двух и четырёх стержневых молниеотводов в плане на уровне высоты защищаемого объекта имеет очертания, приведённые на рисунке 1.3, а, б. Наименьшая ширина зоны защиты, показанный на чертеже радиус защиты определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, а определяется по специальным кривым. На рисунке 1.2 показаны конструкции стержневых молниеотводов. Если у молниеотводах высотой до 30 метров, расположенных на расстоянии, наименьшая ширина зоны защиты равна нулю. Рисунок 1.2 Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных опорах: а -из вибрированного бетона; б - центрифугированного бетона
Рисунок 1.3 Стержневые молниеотводы на металлических опорах: а - тросовый молниеотвод (несущая конструкция); б - стержневой молниеотвод (несущая конструкция)
На рисунке 1.3 показаны конструкции стержневых молниеотводов на металлических опорах. Радиусы защиты определяются в этом случае так же, как и для одиночных молниеотводов. Размер определяется по кривым для каждой пары молниеотводов. Диагональ четырёхугольника или диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, образованного тремя молниеотводами, по условиям защищённости всей площади должны удовлетворять зависимости: Для молниеотводов высотой меньше 30 м: Для молниеотводов высотой более 30 м: Отдельно стоящие стержневые молниеотводы с металлическими опорами устанавливаются на железобетонных фундаментах. Токоотводамп для таких молниеотводов служат несущие конструкции. На металлических и железобетонных конструкциях ОРУ, как правило, устанавливаются молниеотводы с металлическими несущими частями. Конструкция их крепления определяется особенностями той конструкции ОРУ, к которой крепится стержневой молниеотвод. Обычно конструкция молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, представляет собой стальную трубу, нередко состоящую из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решетчатую конструкцию из угловой стали. Потенциал на молниеотводе в момент разряда определяется зависимостью: где - импульсное сопротивление заземления молниеотвода 5-25 Ом; Ток молнии в хорошо заземлённом объекте. Потенциал на молниеотводе определяется: где - крутизна фронта волны тока; Для расчёта минимального допустимого приближения объекта к молниеотводу можно исходить из зависимости: где - допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая 500 кВ/м. Руководящие указания по защите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода принимать равным: Эта зависимость справедлива при токе молнии, равным 150 кА, крутизне тока 32 кА/мксек и индуктивности молниеотвода 1,5 мкГн/м. Независимо от результатов расчёта, расстояние между объектом и молниеотводом должно быть не менее 6 метров. Тросовый молниеотвод. Значения коэффициентов k и z берутся в зависимости от допускаемой вероятности прорыва молнии в зону защиты. Вероятность прорыва молнии в зону защиты равна отношению числа разрядов молнии в защищаемое сооружение к общему числу разрядов молнии в молниеотвод и защищаемое сооружение. Если допускается вероятность прорыва молнии в зону защиты 0,01, то коэффициент 1, а при допускаемой вероятности 0,001, т. е. защитные зоны тросовых молниеотводов несколько меньше защитных зон стержневых молниеотводов. Форма зоны защиты двух параллельных тросовых молниеотводов высотой до 30 м. Внешние границы зоны защиты каждого троса определяются так же, как и для одиночного тросового молниеотвода. В зависимости от конструкции опор, могут быть применены один или два троса, наглухо присоединённые к металлической опоре или к заземляющим металлическим спускам деревянных опор. Для предохранения троса от пережога током молнии и контроля заземления опоры крепления троса производится с помощью одного подвесного изолятора, шунтированного искровым промежутком. Эффективность тросовой защиты тем выше, чем меньше угол, образованный вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним из проводов. Этот угол называют защитным углом, принимая его величину в пределах Зона защиты двух тросовых молниеотводов высотой более 30 м. Метод построения зоны защиты для этого случая такой же, как и для тросовых молниеотводов высотой до 30 м, но на расстоянии от вершины зона усекается так же, как у одиночных тросовых молниеотводов. Ширина защитной зоны, исключающей прямое поражение проводов на уровне высоты их подвеса, определяется зависимостью: Эта зависимость справедлива для высоты подвеса троса 30 м и ниже. В целях обеспечения безопасности людей, сохранности сооружений, оборудования и материалов от тепловых, механических и электрических воздействий молнии, разработана особая система защитных мер безопасности - молниезащита, представляющая собой комплекс технических решений и специальных приспособлений. Требования к организации систем молниезащиты зданий и сооружений, расположенных на территории Российской Федерации, регламентируются следующими нормативными документами: Разрабатывая систему защитных мер объектов от ударов молнии, проектные организации могут руководствоваться положениями любой из указанных инструкций или использовать их комбинацию. Полный комплекс мер молниезащиты наземных объектов подразумевает сочетание систем внешней — защита от прямых ударов молнии и внутренней молниезащиты — устройства защиты от вторичных воздействий (наводок и импульсного перенапряжения). Внешняя молниезащита обеспечивает минимальный шанс прямого попадания молнии в сооружение, защищая тем самым его от повреждений. Она берет на себя удар молнии, который затем отводится в грунт. Комплекс мер внешней системы молниезащиты включает в себя три элемента: Молниеприёмник (громоотвод, молниеотвод)
- это устройство, предназначенное для перехвата молнии. Принцип действия молниеприемника состоит в том, что удар молнии приходится на наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Следовательно, если объект расположен в зоне защиты молниеотвода, то он не будет поражен молнией. Токоотвод
- устройство, выполняющее отвод тока молнии с молниеприемника на заземление. Устанавливается на стену сооружения и водосточные трубы. Представляет собой омедненную проволоку или полосу, которая тянется от молниеприёмника к заземлителю. Заземлитель
— устройство, выполняющее отвод 50% и более тока молнии, прошедшего по токоотводу в землю. Оставшийся ток распределяется по примыкающим к сооружению коммуникациям. Заземлитель - единственный элемент внешней молниезащиты, погруженный в грунт. Заземляющими электродами могут служить элементы разных размеров, материалов и форм, соответствующие требованиям нормативных документов. Установить внешнюю молниезащитную систему можно как на самом защищаемом объекте, так и изолированно: в виде отдельно стоящих молниеприемников и соседних сооружений, выполняющих функции естественных молниеотводов. Систему молниезащиты организуют по принципу максимального использования естественных молниеотводов. В случаях, когда обеспечиваемая ими защищенность недостаточна, то комбинируют со специально установленными элементами (искусственными молниеприемниками). Простота устройств, отсутствие необходимости в специальном техническом обслуживании и сравнительно надежная защита объекта от поражения ударами молнии, обеспечили молниеприемникам пассивной системы молниезащиты наиболее широкое распространение на практике. Выделяют следующие типы пассивных молниеприемников: Молниеприёмники изготавливают из различных материалов: алюминий, медь, нержавеющая или оцинкованная сталь, с учетом минимальных сечений для каждого из них согласно нормативным документам. Стержневые молниеприемники-мачты, установленные на вышках Стержневой молниеприемник (или молниеприёмная мачта) представляет собой вертикальное устройство высотой обычно от 1 до 20 метров на крыше сооружения или рядом с ним, установленное таким образом, чтобы зона защиты покрывала защищаемый объект. Специальные зажимы, используемые при установке мачт, позволяют крепить их как к вертикальным (стена), так и горизонтальным (земля, крыша) поверхностям. От каждой мачты монтируют два токоотвода. Если молниеприемник располагают на кровле сооружения, то используемое заземляющее устройство представляет собой горизонтальный контур, который усиливают в точках опусков токоотводов вертикальными заземлителями. Заземляющее устройство отдельно стоящих мачт выполняют тремя вертикальными заземлителями, объединенными между собой по типу «куриной лапы». Стержневые молниеприемники (мачты) выбирают в основном для защиты небольших зданий, не сложной архитектуры. Конструкция тросового молниеприемника состоит из двух мачт и натянутого между ними стального троса. К концам троса примыкают по одному токоотводу с заземлителем по типу «куриной лапы». При правильном расположении опорных мачт грозовые разряды уходят в землю за пределы защищаемого объекта. Тросовую молниезащиту широко применяют для невысоких строений. Стержневые и тросовые молниеприемники подразделяются на одиночные, двойные и многократные, образуя общую зону защиты объекта. Многократные молниеприемники используют для защиты крупных зданий или нескольких сооружений, занимающих значительную территорию. Молниеприемная сетка, установленная на крыше здания Конструкция молниеприемника изготавливается в виде сетки из металлического прутка на крыше защищаемого сооружения. Молниеприемную сетку укладывают на кровлю здания с шагом (размером ячеек) от 5х5 м до 20х20 м в зависимости от категории молниезащиты объекта. Распространённый вопрос, который возникает при проектировании, — можно ли укладывать молниеприемную сетку непосредственно на кровлю крыши. На самом деле, сетку можно укладывать прямо на кровлю или под утеплитель (см. пункт 2.11. в инструкции РД 34.21.122-87). По инструкции СО 153 3.2.2.4. если повышение температуры представляет для объекта опасность, то расстояние между токоотводом и горючей кровлей или стеной, должно быть больше 0,1 м. При этом металлический зажим может быть в контакте с горючей стеной. Если стена или кровля являются горючими, но повышение температуры для них не опасно, то разрешается крепление непосредственно к стене. Выбор типа молниеприемника зависит от того, к какой категории по устройству молниезащиты относится строение. Для молниезащиты строений, относящихся к I категории, используются молниеприемные мачты или тросовые молниеприемники, Для молниезащиты строений II категории, имеющих неметаллическую кровлю, применяются молниеприемные мачты или тросовые молниеприемники, устанавливаемые изолированно или на самом защищаемом объекте см. пункт 2.11 в РД 34.21.122-87. При этом обязательным условием является обеспечение зоны защиты в соответствии с требованиями приведенной в статье таблицы и приложения 3 в РД 34.21.122-87. Если устройства молниезащиты расположены на объекте, то для каждой молниеприемной мачты или стойки тросового молниеприемника необходимо не менее двух токоотводов. Для обеспечения молниезащиты сооружений, уклон кровли которых не превышает 1:8, может использоваться молниеприемная сетка. Для молниезащиты строений, относящихся III категории, применяют один из указанных выше способов (молниеприемные мачты, тросовые молниеотводы или сетку) с соблюдением действующих требований. Выбор количества и высоты стержневых и тросовых молниеотводов должен производиться с помощью расчета их зон защиты. Одиночный тросовый молниеприемник обеспечивает зону защиты в виде равнобедренного треугольника, вершина которого находится на высоте h0 Расчет зон защиты стержневых и тросовых молниеприемников производится согласно CO 153—343.21.122-2003. На основании всего вышеизложенного, делаем вывод, что выбор типа молниеприемника необходимо производить исходя из конструкций зданий и сооружений и материалов их кровли, с обязательным учетом категории молниезащиты и соблюдением всех необходимых требований РД 34.21.122-87 и CO 153—343.21.122-2003. Широкое применение стержневых молниеприемников обусловлено простотой и относительной дешевизной их изготовления. В основном молниеприемные мачты выбирают для защиты небольших строений, не сложной архитектуры. Для молниезащиты крупных зданий или нескольких сооружений, занимающих значительную территорию, используют многократные стержневые молниеприемники. Наличие установленной системы внешней молниезащиты не является гарантией полной защиты от всех воздействий молнии. Для защиты от вторичных последствий необходимо обязательно защищать объект комплексно: элементы внешней молниезащиты , а также внутренняя молниезащита, которая представляет из себя совокупность устройств защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП). Смотрите также
: МОЛНИЕОТВОД - устройство для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии. М. включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода. В зависимости от конструкции молниеприемника различают стержневые, тросовые, сетчатые и комбинированные М. По числу совместно действующих молниеприемников их делят на одиночные, двойные и многократные. Кроме того, по месту расположения М. бывают отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания. Защитное действие М. основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты М. Зоной защиты М. называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95%) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии. Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые М. Тросовые М. чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти М. изготавливают в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Стержневые и тросовые М. обеспечивают одинаковую степень надежности защиты. В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150 мм2, с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводяшей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков - специально наложенные на трубы проволочные кольца. М. стержневой - М. с вертикальным расположением молниеприемника. М. тросовый (протяженный) - М. с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах. ЗОНЫ ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ Обычно зону защиты обозначают по максимальной вероятности прорыва, соответствующей ее внешней границе, хотя в глубине зоны вероятность прорыва существенно уменьшается. Расчетный метод позволяет построить для стержневых и тросовых молниеотводов зону защиты с произвольным значением вероятности прорыва, т.е. для любого молниеотвода (одиночного или двойного) можно построить произвольное количество зон защиты. Однако для большинства народнохозяйственных зданий достаточный уровень защиты можно обеспечить, пользуясь двумя зонами, с вероятностью прорыва 0,1 и 0,01. В терминах теории надежности вероятность прорыва - это параметр, характеризующий отказ молниеотвода как защитного устройства. При таком подходе двум принятым зонам защиты соответствует степень надежности 0,9 и 0,99. Эта оценка надежности справедлива при расположении объекта вблизи границы зоны защиты, например объекта в виде кольца, соосного со стержневым молниеотводом. У реальных же объектов (обычных зданий) на границе зоны защиты, как правило, расположены лишь верхние элементы, а большая часть объекта помещается в глубине зоны. Оценка надежности зоны защиты по ее внешней границе приводит к чрезмерно заниженным значениям. Поэтому, чтобы учесть существующее на практике взаимное расположение молниеотводов и объектов, зонам защиты А и Б приписана в РД 34.21.122-87 ориентировочная степень надежности 0,995 и 0,95 соответственно. Одиночный стержневой молниеотвод.
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. П3.1), вершина которого находится на высоте h0 1.1. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h? 150 м имеют следующие габаритные размеры. Зона A: h0 = 0,85h, r0 = (1,1 - 0,002h)h, rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85). Зона Б: h0 = 0,92h; rx =1,5(h - hx/0,92). Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h и может быть определена по формуле h = (rx + 1,63hx)/1,5. Рис. П3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: I - граница зоны защиты на уровне hx, 2 -то же на уровне земли Одиночный тросовый молниеотвод.
Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h? 150 м приведена на рис. П3.5, где h - высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм2 при известной высоте опор hоп и длине пролета а высота троса (в метрах) определяется: h = hоп - 2 при а < 120 м; h = hоп - 3 при 120 < а < 15Ом. Рис. П3.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода имеют следующие габаритные размеры. Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях hx и rx определяется по формуле Вертикальный заземлитель выполняется путем последовательного механизированного погружения резьбовых электродов длиной 1,2-3 метра, соединяемых между собой латунными муфтами. Стальные электроды диаметром 14,2-17,2 мм, с электрохимическим медным покрытием (чистота 99,9%) толщиной 0,25 мм. гарантирует высокую коррозионную стойкость и срок службы заземлителя в грунте не менее 40 лет. Высокая механическая прочность заземлителя позволяет погружать его на глубину до 30 метров. Медное покрытие электродов обладает высокой адгезией и пластичностью, позволяющей погружать стержни в грунт без нарушения целостности и отслаивания медного слоя. Ниже поясняется
подход к определению зон защиты
молниеотводов, построение которых
осуществляется по формулам приложения
3
РД
34.21.122-87. Защитное действие
молниеотвода основано на "свойстве
молнии с большей вероятностью поражать
более высокие и хорошо заземленные
предметы по сравнению с расположенными
рядом объектами меньшей высоты. Поэтому
на молниеотвод, возвышающийся над
защищаемым объектом, возлагается
функция перехвата молний, которые в
отсутствие молниеотвода поразили бы
объект. Количественно защитное действие
молниеотвода определяется через
вероятность прорыва - отношение числа
ударов молнии в защищенный объект
(числа прорывов) к общему числу ударов
в молниеотвод и объект. Существует
несколько способов оценки вероятности
прорыва, основанных на разных физических
представлениях о процессах поражения
молнией. В РД 34.21.122-87 использованы
результаты расчетов по вероятностной
методике, связывающей вероятность
поражения молниеотвода и объекта с
разбросом траекторий нисходящей молнии
без учета вариаций ее токов. Согласно принятой
расчетной модели невозможно создать
идеальную защиту от прямых ударов
молнии, полностью исключающую прорывы
на защищаемый объект. Однако на практике
осуществимо взаимное расположение
объекта и молниеотвода, обеспечивающее
низкую вероятность прорыва, например
0,1 и 0,01, что соответствует уменьшению
числа поражений объекта примерно в 10
и 100 раз по сравнению с объектом, где
отсутствует молниеотвод. Для большинства
современных объектов при таких уровнях
защиты обеспечивается малое количество
прорывов за весь срок их службы. Выше рассматривалось
производственное здание высотой 20 м и
размерами в плане 100×100
м, расположенное в местности с
продолжительностью гроз 40-60 ч в год;
если это здание защищено молниеотводами
с вероятностью прорыва 0,1, в него можно
ожидать не более одного прорыва за 50
лет. При этом не все прорывы в равной
степени опасны для защищаемого объекта,
например воспламенения возможны при
больших токах или переносимых зарядах,
которые встречаются не в каждом разряде
молнии. Следовательно, на данный объект
можно ожидать одно опасное воздействие
за срок, заведомо превышающий 50 лет или
для большинства промышленных объектов
II и III
категорий не более одного опасного
воздействия за все время их существования.
При вероятности прорыва 0,01 в то же
здание можно ожидать не более одного
прорыва за 500 лет - период, намного
превышающий срок службы любого
промышленного объекта. Такой высокий
уровень защиты оправдан только для
объектов I категории, представляющих
постоянную угрозу взрыва. Выполняя серию
расчетов вероятности прорыва в
окрестности молниеотвода, можно
построить поверхность, являющуюся
геометрическим местом положения вершин
защищаемых объектов, для которых
вероятность прорыва - постоянное
значение. Эта поверхность является
внешней границей пространства,
называемого зоной защиты молниеотвода;
для одиночного стрежневого молниеотвода
эта граница - боковая поверхность
кругового конуса, для одиночного троса
- двускатная плоская поверхность. Обычно зону защиты
обозначают по максимальной вероятности
прорыва, соответствующей ее внешней
границе, хотя в глубине зоны вероятность
прорыва существенно уменьшается. Расчетный метод
позволяет построить для стержневых и
тросовых молниеотводов зону защиты с
произвольным значением вероятности
прорыва, т.е. для любого молниеотвода
(одиночного или двойного) можно построить
произвольное количество зон защиты.
Однако для большинства народнохозяйственных
зданий достаточный уровень защиты
можно обеспечить, пользуясь двумя
зонами, с вероятностью прорыва 0,1 и
0,01. В терминах теории
надежности вероятность прорыва - это
параметр, характеризующий отказ
молниеотвода как защитного устройства.
При таком подходе двум принятым зонам
защиты соответствует степень надежности
0,9 и 0,99. Такая оценка надежности
справедлива при расположении объекта
вблизи границы зоны защиты, например
объекта в виде кольца, соосного со
стержневым молниеотводом. У реальных
же объектов (обычных зданий) на границе
зоны защиты, как правило, расположены
лишь верхние элементы, а большая часть
объекта помещается в глубине зоны.
Оценка надежности зоны защиты по ее
внешней границе приводит к чрезмерно
заниженным значениям. Поэтому, чтобы
учесть существующее на практике взаимное
расположение молниеотводов и объектов,
зонам защиты А и Б приписана в РД
34.21.122-87 ориентировочная степень
надежности 0,995 и 0,95 соответственно. Рис. 1. Номограммы
для определения высоты одиночных (а) и
двойных равной высоты (б) молниеотводов
в зоне А Расчетный метод
вероятности прорыва разработан только
для нисходящих молний, преимущественно
поражающих объекты высотой до 150 м.
Поэтому в РД 34.21.122 - 87 формулы для
построения зон защиты одиночных и
многократных стержневых и тросовых
молниеотводов ограничены высотой 150
м. На сегодняшний день объем фактических
данных о поражаемости нисходящими
молниями объектов большей высоты очень
мал и в основном относится к Останкинской
телевизионной башне (540 м). На основании
фоторегистраций можно утверждать, что
нисходящие молнии прорываются более
чем на 200 м ниже ее вершины и поражают
землю на расстоянии около 200 м от
основания башни. Если рассматривать
Останкинскую телевизионную башню как
стержневой молниеотвод, можно заключить,
что относительные размеры зон защиты
молниеотводов высотой более 150 м редко
сокращаются с увеличением высоты
молниеотводов. С учетом ограниченности
фактических данных о поражаемости
сверхвысоких объектов в РД 34.21.122 - 87
включены формулы для построения зон
защиты только для стержневых молниеотводов
высотой более 150 м. Рис. 2. Номограммы
для определения высоты одиночных (а) и
двойных равной высоты (б) молниеотводов
в зоне Б Метод расчета зон
защиты от поражений восходящими молниями
пока не разработан. Однако по данным
наблюдений известно, что восходящие
разряды возбуждаются с остроконечных
предметов вблизи вершины высоких
сооружений и затрудняют развитие других
разрядов с более низких уровней. Поэтому
для таких высоких объектов, как
железобетонные дымовые трубы или башни,
предусматривается, прежде всего, защита
от механических разрушений бетона при
возбуждении восходящих молний, которая
осуществляется путем установки
стержневых или кольцевых молниеприемников,
обеспечивающих максимально возможное
по конструктивным соображениям
превышение над вершиной объекта (п.
2.31
). В этом пособии
приведены номограммы для определения
высот стержневых С
и трассовых Т
одиночных и двойных молниеотводов,
обеспечивающих зоны защиты А и Б (рис.
1 и 2). Использование этих номограмм,
построенных в соответствии с расчетными
формулами и обозначениями приложения
3
РД
34.21.122-87, позволяет сократить объем
вычислений и упростить выбор средств
молниезащиты при проектировании.
Нормативное регулирование
Элементы молниезащиты
Внутренняя молниезащита включает в себя комплекс устройств, защищающих от импульсных перенапряжений (УЗИП) и выполняющих функции ограничения магнитного и электрического полей молнии, предотвращая тем самым искрения внутри объекта защиты.2. Молниеприемник как часть системы молниезащиты
Стержневой молниеприемник (мачта)
Токоотводы монтируют по всему периметру молниеприемника с шагом от 10 до 25 м (зависит от уровня защиты). Тип кровли защищаемого сооружения (мягкая или жесткая) определяет способ крепления «сетки» к поверхности крыши. При соблюдении условия не горючего основания, молниеприемная сетка может быть уложена в «кровельном пироге». Заземлитель для данного типа молниеприемника представляет собой замкнутый горизонтальный контур, усиленный в точках опусков токоотводов.3. Категории молниезащиты
Нормами установлены три категории устройств молниезащиты в зависимости от взрывной и пожарной опасности, вместимости, огнестойкости и назначения защищаемых объектов, а также с учетом среднегодовой продолжительности гроз в географическом районе расположения объекта, см. категории молниезащиты в таблице № 1 из пункта 1.1. в РД 34.21.122-87:
Здания и сооружения
Местоположение
Тип зоны защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов
Категория молниезащиты
Здания и сооружения или их части, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов В-I и В-II
На всей территории СССР
Зона А
I
То же классов В-Iа, В-Iб, В-IIа
При ожидаемом количестве поражений молнией в год здания или сооружения N>1 — зона А; при N≤1 — зона Б
II
Наружные установки, создающие согласно ПУЭ зону класса В-Iг
На всей территории СССР
Зона Б
II
Здания и сооружения или их части, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа
Для зданий и сооружений I и II степеней огнестойкости при 0,1 2- зона А
III
Расположенные в сельской местности небольшие строения III — V степеней огнестойкости, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа
В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более при N
-
III
Наружные установки и открытые склады, создающие согласно ПУЭ зону классов П-III
В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более
При 0,12 — зона А
III
Здания и сооружения III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов
То же
При 0,12 — зона А
III
Здания и сооружения из легких металлических конструкций со сгораемым утеплителем (IVa степени огнестойкости), в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов
В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более
При 0,12 — зона А
III
Небольшие строения III-V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов
В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более для III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости при N
-
III
Здания вычислительных центров, в том числе расположенные в городской застройке
В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более
Зона Б
II
Животноводческие и птицеводческие здания и сооружения III-V степеней огнестойкости: для крупного рогатого скота и свиней на 100 голов и более, для овец на 500 голов и более, для птицы на 1000 голов и более, для лошадей на 40 голов и более
В местностях со средней продолжительностью гроз 40 ч в год и более
Зона Б
III
Дымовые и прочие трубы предприятий и котельных, башни и вышки всех назначений высотой 15 м и более
В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более
-
III
Жилые и общественные здания, высота которых более чем на 25 м превышает среднюю высоту окружающих зданий в радиусе 400 м, а также отдельно стоящие здания высотой более 30 м, удаленные от других зданий более чем на 400 м
В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более
Зона Б
III
Отдельно стоящие жилые и общественные здания в сельской местности высотой более 30 м
То же
Зона Б
III
Общественные здания III-V степеней огнестойкости следующего назначения: детские дошкольные учреждения, школы и школы-интернаты, стационары лечебных учреждений, спальные корпуса и столовые учреждений здравоохранения и отдыха, культурно-просветительные и зрелищные учреждения, административные здания, вокзалы, гостиницы, мотели и кемпинги
То же
Зона Б
III
Открытые зрелищные учреждения (зрительные залы открытых кинотеатров, трибуны открытых стадионов и т.п.)
То же
Зона Б
III
Здания и сооружения, являющиеся памятниками истории, архитектуры и культуры (скульптуры, обелиски и т.п.)
То же
Зона Б
III
I категория молниезащиты
см. пункт 2.1. в РД 34.21.122-87. Обязательным условием является обеспечение зоны защиты типа А в соответствии с требованиями приложения 3 .II категория молниезащиты
В качестве материала для изготовления молниеприемной сетки применяют стальную проволоку диаметром не менее 6 мм. Конструкцию с шагом ячеек не более 6х6 м укладывают на кровлю здания поверх или под огнеупорные материалы. Металлические конструкции, возвышающиеся над крышей строения, необходимо присоединять к молниеприемной сетке, а не металлические - оборудовать дополнительными устройствами защиты от удара молнии, так же закрепляя их с «сеткой».
Сооружения с металлическими фермами, кровли которых построены с использованием огнеупорных материалов, не требуют установки устройств молниезащиты. Металлическая кровля строений сама выступает в качестве молниеприемника. При этом устройствами молниезащиты необходимо оборудовать все возвышающиеся над крышей неметаллические элементы объекта защиты. Токоотводы монтируют от металлической кровли или молниеприемной сетки с шагом 25 м по периметру здания. Для всех типов молниеотводов, используемых для защиты строений II категории, обязательно выполнение требования пункта 2.6 в РД 34.21.122-87.III категория молниезащиты
По возможности, в качестве токоотвода применяют металлические конструкции самого защищаемого объекта. Обязательным условием при этом является непрерывная электрическая связь в соединениях конструкций с остальными элементами системы внешней молниезащиты (молниеприемниками и заземлителями). Расположенные снаружи здания токоотводы необходимо монтировать на расстоянии не более 3 м от входов или в местах, не доступных для прикосновения людей.
Нормативными документами по организации молниезащиты наземных объектов не предусмотрено никак требований к расстоянию между отдельно стоящим молниеотводом и объектом защиты, его подземными коммуникациями. Применяя молниеприемную сетку для строений III категории, необходимо предусмотреть шаг ее ячеек не более 12 х 12м.4. Зоны защиты стержневых и тросовых молниеприемников
Под зоной защиты понимают площадь заданной геометрии в окрестности молниеприемника, на которой вероятность прямого удара молнии в размещенный там объект не превысит заданной величины.
Для обеспечения молниезащиты строения на уровне требуемой надежности, весь объем защищаемого объекта должен располагаться в зоне защиты молниеприемника.
Одиночная молниеприемная мачта обеспечивает зону защиты строения в виде кругового конуса высотой h0 
5. Выбор типа молниеприемника
Осуществляя молниезащиту строений при помощи стержневых и тросовых молниеприемников, их располагают таким образом, что бы объект целиком находился в их зонах защиты, рассчитываемых для каждого типа молниеотвода согласно CO 153—343.21.122-2003.
При выборе молниеприемной сетки важно учитывать, что шаг сетки (размеры ячеек) определяется категориями молниезащиты см. РД 34.21.122-87.
Для комплексной молниезащиты объектов могут применяться комбинированные типы, например тросостержневые. Нередко «сетку» комбинируют со стержневыми молниеприемниками, что обеспечивает довольно надежную защиту.
Тросовые молниеприемники выбирают для защиты весьма протяженных объектов. По экономическим параметрам обустройство ими сооружений сопоставимо со стержневыми устройствами молниезащиты, однако в процессе эксплуатации они показали себя менее надежными.
