асчет зон защиты молниеотводов

Разряды атмосферного электричества (молнии) способны вызывать взрывы, загорания и разрушения наземных объектов, все это требует разработки специальной системы защитных мер безопасности от действия молний.

Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, вызванных электрическим, тепловым или механическим воздействием молний. Одним из основных нормативных документов в области защиты сооружений и объектов от воздействия молний является Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 [2].

Основные сведения о молниезащите

Молниеотвод - устройство, воспринимающее удар молнии и отводящее ее ток в землю. В общем случае молниеотвод состоит из опоры, молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, токоотвода, по которому ток молнии передается в землю, и заземлителя, обеспечивающего растекание тока молнии в земле.

Зона защиты молниеотвода - пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенного значения. Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5% и выше, а типа Б - 95 % и выше.

Конструктивно молниеотводы разделяются на следующие виды:

- стержневые - с вертикальным расположением молниеприемника;

- тросовые (протяженные) - с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах;

- сетки - многократные горизонтальные молниеприемники, пересекающиеся под прямым углом.

В соответствии с рекомендациями РД 34.21.122-87 здания и сооружения делятся на три категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией.

К I категории отнесены производственные помещения, в которых в нормальных технологических режимах могут находиться и образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений и жертв не только для данного объекта, но и для близко расположенных.

Во II категорию попадают производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы.

К III категории отнесены объекты, последствия поражения которых связаны с меньшим материальным ущербом, чем при взрывоопасной среде. Сюда входят здания и сооружения с пожароопасными помещениями или строительными конструкциями низкой огнестойкости, причем для них требования к молниезащите ужесточаются с увеличением вероятности поражения объекта (ожидаемого количества поражений молнией).

Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие, обеспечивающие растекание тока молнии, минуя объект, и установленные на самом объекте. При этом растекание тока происходит по контролируемым путям так, что обеспечивается низкая вероятность поражения людей (животных), взрыва или пожара.

Установка отдельно стоящих молниеотводов исключает возможность термического воздействия на объект при попадании молнии; для объектов с постоянной взрывоопасностью, отнесенных к I категории, принят этот способ защиты, обеспечивающий минимальное количество опасных воздействий при грозе (рис. 2.3 и 2.4). Указанные на рис. 2.3 расстояния (S_i), не должны быть менее рекомендованных Инструкцией РД 34.21.122-87 и должны составлять около четырех метров.

Рис. 2.1. Защита объекта отдельно стоящим стержневым молниеотводом:

1 - защищаемый объект; 2 - подземные металлические коммуникации

Для объектов II и III категорий, характеризующихся меньшим риском взрыва или пожара, в равной мере допускается использование отдельно стоящих молниеотводов и молниеотводов, установленных непосредственно на защищаемом объекте.

Рис. 2.2. Защита объекта отдельно стоящим тросовым молниеотводом:

обозначения те же, что и на рис. 2.1

Молниеотвод состоит из следующих элементов: молниеприемника, опоры, токоотвода и заземлителя. Однако на практике они могут образовывать единую конструкцию, например, металлическая мачта или ферма здания представляет собой молниеприемник, опору и токоотвод одновременно.

Порядок расчета зон защиты

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. 2.3), вершина которого находится на высоте h_о< h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r_о. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения представляет собой круг радиусом .

Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h < 150 м имеют следующие габаритные размеры, м:

зона типа А: ; ;

; (2.1)

зона типа Б: ; ; . (2.2)

Для зоны типа Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях и может быть определена по формуле, м

. (2.3)

Пример. Рассчитать размеры зоны защиты с надежностью типа Б одиночного стержневого молниеотвода высотой = 25 м. Расчеты произвести для зоны на поверхности земли и для высоты здания h _x= 12 м.

Рассматриваемый молниеотвод (рис. 2.3) размещен на расстоянии l=4 м от м, длиной b=10 м, шириной a=8 м.

Рис. 2.3. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

1 - граница зоны защиты на уровне h_x; 2 - то же на уровне земли

Определить максимальную высоту h_о, на которой данный молниеотвод