Допустимые расстояния между молниеотводом и защищаемым объектом
Защищаемый объект должен полностью входить в зону защиты молниеотводов. Вместе с тем он должен располагаться на определенном расстоянии от них. Если это расстояние меньше допустимого, то при ударах молнии могут происходить перекрытия с частей молниеотвода на защищаемый объект.
Молниезащитное устройство, включающее в себя молниеприемники, токоотводы и заземлитель, обладает электрическим сопротивлением: активным и индуктивным. Наиболее существенную часть активного сопротивления составляет сопротивление заземления молниезащитного устройства, т. е. переходное сопротивление между заземлителем и грунтом. Токоотводы в электрическом отношении представляют собой индуктивность, величина которой зависит прежде всего от длины токоотвода.
Ток молнии, проходя по молниеотводу, создает падение напряжения на сопротивлении заземления и индуктивности токоотвода. Падение напряжения UR на сопротивлении заземления равно произведению его величины RИ и тока молнии IМ-
UR = IMRИ. (10)
Падение напряжения UL на индуктивности токоотводящего спуска равно произведению ее величиныL и средней скорости (крутизны) нарастания тока молнииа:
UL = aL. (11)
Максимальный потенциал в точке токоотвода, расположенный на расстоянии l от заземлителя (рис. 11), при ударе молнии в молниеотвод будет составлять:
Ui =IMRИ +aL. (12)
Для расчета потенциала молниеотвода принимаются амплитуда тока молнии Iм = 150 ка и средняя крутизна его фронта а = 30 ка/мксек. Индуктивность токоотвода L можно выразить через произведение удельной индуктивности L0 (индуктивности единицы длины) на длину участка токоотвода l:
L=L0l. (13)
Как для металлических молниеотводов решетчатой конструкции, так и для отдельно проложенных токоотводящих проводников удельная индуктивность составляет в среднем L0 1,7 мкгн/м. Таким образом, для расчетных условий имеем:
Ul=150RИ+30·1,7l, кв (14)
Рис. 11. К определению допустимого расстояния между молниеотводом и защищаемым сооружением
1-деревянная стойка молниеотвода; 2- молниеприемник; 3-токоотводящий спуск, укрепленный на стойке; 4- заземлитель; 5- подземные коммуникации.
Амплитуда напряжения на молниеотводах оказывается весьма высокой, например, при RИ =10 ом и на расстоянии l=10 м от заземлителя получаем:
Ul= 150 · 10 + 30· 1,7· 10 = 2000 кв.
Потенциал заземлителя при этом
U3 = ImRи= 150·10=1 500 кв.
Очевидно, чтобы не было перекрытия с молниеотвода на защищаемый объект, прочность изоляции между ними должна быть выше величины напряжения на молниеотводе.
В том случае, когда объект и молниеотвод разделены воздушным промежутком длиной b, то необходимо выполнить условие
(15)
где Е — допустимая средняя напряженность электрического поля в воздухе, при которой невозможен пробой промежутка между молниеотводом и объектом; она равна 500 кв/м.
Если в (15) подставить значение Е и Ul из (14), то получим:
(16)
Чтобы исключить возможность перекрытия в земле с заземлителя на входящие в здание металлические коммуникации, электрический кабель и др., нужно выдержать между ними расстояние
(17)
где 
= 300 кв/м — допустимая средняя напряженность электрического поля в земле.
Таким образом, допускаемое расстояние в точках сближения молниеотвода и объекта зависит от сопротивления заземления молниеотвода и высоты над землей точки сближения. Если известны b, d и l, то по формулам (16) и (17) легко найти величину сопротивления заземления, обеспечивающую безопасность сближения.
Совершенно аналогичное положение возникает в случае удара молнии в защищенное здание. В этом случае между молниезащитным устройством и заземленными объектами внутри здания (электропроводкой, трубопроводами различного назначения, металлическим каркасом лифта и т. п.) также должно быть обеспечено необходимое расстояние, иначе между ними произойдет пробой, который вызовет местное повреждение здания и может оказаться опасным для людей. Расчет необходимого расстояния в месте сближения в случае одного токоотвода может производиться по формуле (16), однако если часть промежутка b занимает кирпичная (или из какого-либо другого непроводящего материала) стена, то ее следует учитывать утроенной толщиной.
Если здание имеет несколько токоотводящих спусков, то допустимое расстояние в точке сближения с одним из токоотводов определяется по формуле
, (18)
где n — число токоотводящих спусков.
Если используется в качестве токоотвода стальной каркас здания или разветвленная водопроводная сеть, то второй член в (18) практически не оказывает влияния на величину b из-за своей малости. Основную роль играет величина сопротивления заземления.
Заметим также, что если токоотводящий спуск имеет петлю длиной l (рис. 9,а), то падение напряжения на этой петле составит Ui = aL0l = 30 · 1,7l = 50l. Чтобы не было пробоя между точками 1 и2, необходимо выполнить условие
(19)
В случае, если ни конструктивно, ни снижением величины сопротивления заземления не удается обеспечить требуемого расстояния между токоотводом и заземленными частями внутри здания, необходимо последние присоединить вблизи мест сближения к молниезащитному устройству, а в нижней части — к заземлителю.
Электропроводка при этом должна быть проложена в металлических трубах, которые также внизу присоединяются к заземлителю, а в местах сближения — к молниезащитной системе. Электрическая емкость между трубой и лежащей внутри нее электропроводкой достаточно велика, а как известно, емкостное сопротивление обратно пропорционально величине емкости и частоте тока. Поэтому при прохождении тока молнии, эквивалентного току весьма высокой частоты, емкостное сопротивление между проводкой и трубой ничтожно, и, таким образом, оказывается, что проводка и труба практически имеют между собою электрическое соединение. Этот эффект спасает изоляцию электропроводки от пробоев.
Расчет молниезащиты
Рассчитать молниезащиту — это значит определить тип защиты, ее зону и параметры
По типу молниезащита (м/з) может быть следующей:
— одностержневой;
— двухстержневой одинаковой или разной высоты;
— многократной стержневой;
— одиночной тросовой;
— многократной тросовой.
По степени надежности защиты различают два типа зон:
А — степень надежности защиты 99,5 %;
Б — степень надежности защиты 95... 99,5 %.
Параметрами молниезащиты являются:
h — полная высота стержневого молниеотвода, м;
h0 — высота вершины конуса стержневого молниеотвода, м;
hx — высота защищаемого сооружения, м;
hм — высота стержневого молниеприемника, м;
hа — активная высота молниеотвода, м;
r0, rх — радиусы защиты на уровне земли и на высоте защищаемого сооружения, м;
hс — высота средней части двойного стрежневого молниеотвода, м;
2rс, 2rх — ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли и на высоте защищаемого объекта, м;
— угол защиты (между вертикалью и образующей), град;
L — расстояние между двумя стержневыми молниеотводами, м;
а —длина пролета между опорами троса, м;
hоп — высота опоры троса, м;
rх + r'х —- ширина зоны тросового молниеотвода на уровне защищаемого сооружения, м;
а + 2rcх — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне защищаемого сооружения, м;
а + 2rс — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне земли, м.
Ожидаемое количество поражений (N) молнией в год производится по формулам:
— для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)
где hx— наибольшая высота здания или сооружения, м;
п — среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности в месте нахождения здания или сооружения (т. е. удельная плотность ударов молнии в землю), 1/(км2 
год), определяется по таблице 1.14.2;
— для зданий и сооружений прямоугольной формы
,
где А и В — длина и ширина здания или сооружения, м.
Примечание. Если здание и сооружение имеют сложную конфигурацию, то А и В — это стороны прямоугольника, в который вписывается на плане защищаемый объект.
Таблица 1.
Зависимость n=F(tср)
| tср, ч/год | 10…20 | 21…40 | 41…60 |
| n, 1/(км2•год | |||
| tср, ч/год | 61…60 | 81…100 | 101 и более |
| n, 1/(км2•год) | 5,5 | 8,5 |
Примечание. tср – среднегодовая продолжительность гроз, ч/год. Определяется по картам, составленным на основании метеосводок за 10 лет.
Таблица 2.
Расчетные формулы молниеотводов при 
м