Краткие теоретические сведения. Стержневые и тросовые молниеотводы являются основным средством защиты энергетических и промышленных сооружений и установок от прямых ударов молнии (ПУМ)

Стержневые и тросовые молниеотводы являются основным средством защиты энергетических и промышленных сооружений и установок от прямых ударов молнии (ПУМ). Реальный молниеотвод состоит из молниеприемника в виде стержня или троса, возвышающегося над объектом защиты, токоведущих спусков и заземлителя.

Молниеотводы воспринимают на себя удары молнии и образуют вокруг себя пространство, защищенное от ПУМ с большой степенью вероятности. Это пространство называется зоной защиты молниеотвода.

Защитное действие молниеотвода связано с тем, что развивающийся от облака лидерный разряд ориентируется в направлении максимального градиента (напряженности) электрического поля. Начиная с некоторой высоты , где h является высотою защищаемого объекта на ориентацию лидерного разряда начинает влиять наиболее возвышающийся проводящий заземленный предмет (молниеотвод высотой h), в направлении которого поле резко усиливается.

При формировании лидерного канала над молниеотводом или с некоторым смещением (не более 3,5h) молния или поразит молниеотвод или ударит на значительном расстоянии в землю.

Если вблизи молниеотвода или под ним располагаются сооружения или оборудование, то при определенном возвышении молниеотвода над объектами защиты вероятность их поражения ПУМ может быть доведена до очень малых значений. Однако следует помнить, что статистический характер процесса пробоя длинных воздушных промежутков (молнии) при любых условиях оставляет некоторую вероятность поражения молнией объекта защиты. Поэтому зоны защиты молниеотводов ограничиваются расстояниями (кривыми), определенными с заданной степенью вероятности защиты, например с .

Принятые нормы и рекомендации по расчету зон защиты молниеотводов получены на основании лабораторных исследований и подтверждаются полевыми наблюдениями за поражаемостью ПУМ реальных объектов и молниеотводов.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 8.1) вследствие осевой симметрии имеет вид тела вращения с образующей, удовлетворяющей уравнению:

, (8.1)

где при и при .

Для двух, трех и более стержневых молниеотводов при оптимальном их расположении общая зона защиты заметно превышает сумму зон отдельно стоящих двух, трех и более молниеотводов, так как общая вероятность прорыва молнии к объекту в сфере действия нескольких молниеотводов уменьшается.

На рис. 8.2 представлены зоны защиты двух, трех и четырех молниеотводов. Для двух молниеотводов внешняя огибающая в разрезе проводится также, как и для одиночного молниеотвода. Прогиб огибающей между вершинами определяется по окружности, проведенной через точки 1, 2 (рис. 8.2, а). Наименьшая ширина на уровне в плане находится по кривым или по выражению

. (8.2)

Построение внешней границы зоны защиты трех или четырех стержневых молниеотводов производится попарно по расчетным соотношениям для каждых двух соседних молниеотводов. Условие защиты всей площади между молниеотводами на уровне определяется соотношением , где D является диаметром окружности, проведенным через точки 1, 2, 3 или большая диагональ четырехугольника 1, 2, 3, 4 (рис. 8.2 б, в).

Рис . 8.1. Зона одиночного стержневого молниеотвода

Рис. 8.2, а - Зона защиты двухстержневого молниеотвода

Для оценки эффективности тросовой защиты проводов ВЛ чаще всего используется понятие угла защиты (рис. 8.3).

Лабораторные исследования и полевые наблюдения показывают, что эффективность тросовой защиты может быть определена по выражению

,

где - вероятность прорыва молнии через тросовую защиту;

- высота опоры в метрах;

- угол защиты, градусы.

При лабораторных исследованиях канал молнии моделируется обычно металлическим стержнем, на который подаются импульсы напряжения от ГИН. Стержень располагается на «высоте ориентации» молнии ,

где - высота модели молниеотвода.

Стержень перемещается в горизонтальной плоскости на расстоянии до 4 и более от оси молниеотвода (или наоборот молниеотвод перемещается относительно неподвижного стержня). Максимальная высота при этом ограничена расстоянием, которое может быть перекрыто с помощью ГИН при положительном импульсе. По величине можно найти размеры моделей молниеотводов и объектов защиты.