Зоны защиты молниеотводов

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. 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.

Выполняя серию расчетов вероятности прорыва в окрестности молниеотвода, можно построить поверхность, для которой вероятность прорыва является постоянным значением. Эта поверхность является внешней границей пространства, называемого зоной защиты молниеотвода:

- для одиночного стержневого молниеотвода эта граница – боковая поверхность кругового конуса (рисунок 5.49);

- для одиночного троса – двускатная плоская поверхность.

Рисунок 5.49 – Зона защиты одиночного молниеотвода (α – угол наклона боковой поверхности кругового конуса зоны защиты по отношению к молниеотводу)

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 зданий достаточный уровень защиты можно обеспечить, пользуясь двумя зонами, с вероятностью прорыва 0,1 и 0,01.

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.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рисунок 5.50), вершина которого находится на высоте h₀ < h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x представляет собой круг радиусом r_x.

Рисунок 5.50 – Габаритные размеры зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода:
1 – граница зоны защиты на уровне h_x; 2 – границы зоны защиты на уровне земли

При высоте молниеотвода h ≤ 150 м зона защиты имеет следующие габаритные размеры:

зона А: h₀ = 0,85h; r₀ = (1,1 – 0,002h)h; ;

зона Б: h₀ = 0,92h; r₀ = 1,5h; .

Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h_x и r_x может быть определена по формуле:

(5.57)

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой h ≤ 150 м представлена на рисунке 5.51. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых h₀, r₀, r_x1, r_x2 определяются по вышеприведенным формулам для обоих типов зон защиты (А и Б).

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры:

зона А:

- при L ≤ h h_c = h₀; r_cx = r_x; r_c = r₀;

- при h < L ≤ 2h ; r_c = r₀; ;

- при 2h < L ≤ 4h ;

; ;

Рисунок 5.51 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода: 1 – граница зоны защиты на уровне h_x1; 2 – граница зоны защиты на уровне h_x2; 3 – граница зоны защиты на уровне земли

зона Б:

- при L ≤ h h_c = h₀; r_cx = r_x; r_c = r₀;

- при h < L ≤ 6h ; r_c = r₀; .

При расстоянии между стержневыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

При известных значениях h_c и L (при r_cx = 0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле:

(5.58)

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ≤ 150 м приведена на рисунке 5.52, где h – высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35…50 мм² при известной высоте опор h_оп и длине пролета a высота троса (в метрах) определяется следующим образом:

- h = h_оп – 2 при a < 120 м;

- h = h_оп – 3 при 120 м < a < 150 м.

Рисунок 5.52 – Зона защиты одиночного тросового молниеотвода: 1 – граница зоны защиты на уровне h_x; 2 – границы зоны защиты на уровне земли

Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода имеют следующие габаритные размеры:

зона А: h₀ = 0,85h; r₀ = (1,35 – 0,0025h)h; ;

зона Б: h₀ = 0,92h; r₀ = 1,7h; .

Для зоны Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях h_x и r_x определяется по формуле:

(5.59)