9.3. Зоны защиты молниеотводов

Молниеотвод защищает здание и сооружение от прямых ударов. Он состо­ит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии; то-коотвода (спуска), соединяющего молниеприемник с заземлителем; заземлите-ля, через который ток молнии стекает в землю [8]. Вертикальную конструкцию (столб или мачту) или часть сооружения, предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода, называют опорой молниеотвода (рис. 9.2).

1 - опора; 2 - система заземления; 3-токовод; 4 - граница защитной зоны молниеотвода; 5-активная часть молниеотвода; 6 - молниеприемник; А - высота молниеотвода; h_x - высота

защитного сооружения; r_х - радиус защиты

Рис. 9.2. Схема молниеотвода и зона его защиты

Зона защиты молниеотвода - это часть пространства, примыкающая к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности.

Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а зона защиты типа Б - 95% и выше.

По типу молниеприемников молниеотводы делят на стержневые, тросовые и сеточные; по количеству и общей зоне защиты - на одиночные, двойные и многократные. Кроме того, различают молниеотводы отдельно стоящие, изоли­рованные и не изолированные от защищаемого здания.

Стержневые молниеотводы представляют собой вертикальные стержни

230

или мачты, тросовые - горизонтальные тросы или провода, закрепленные на двух опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод к отдельному за-землителю.

У сеточных молниеотводов молниеприемником служит металлическая сетка, присоединяемая токоотводом к заземлителю.

При устройстве молниезащиты учитывают особенности защищаемого зда­ния.

Пример 9.1. Определить категорию и тип защиты газораспределительного пункта размерами 3x6 м и высотой 5 м. Здание находится в местности с интен­сивностью грозовой деятельности 60-80 ч в год.

Решение. Газораспределительный пункт по правилам устройства электро­установок (ПУЭ) относится к зонам класса В-1 а, тогда здание пункта следует отнести ко 11 категории.

Для установления типа зоны защиты молниеотвода по формуле (9.3) рас­считаем число ударов молнии в здание пункта при отсутствии молниезащиты N = (В + 6h_x\L + 6h_x)n\0-⁶ = (3 + 6х5)(б + 6x5)9x1 (Г⁶ = 0,011

Вывод. Так как N < 1, то зону защиты молниеотвода принимаем типа Б со степенью надежности 95 % и выше.

9.4. Расчет одиночного стержневого молниеотвода

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h<150 м представляет собой конус (рис. 9.3), вершина которого находится на высоте h₀<h, основание образует круг радиусом r₀.

Рис. 9.3. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x представляет собой круг радиусом r_х, называемый радиусом защиты.

Для зоны типа А параметры зоны защиты одиночного стержневого мол­ниеотвода можно определить из выражений

h₀ = 0,85-h; (9.6)

r_o=(l,l 0,002h)h; (9.7)

r_x = (1,1 - 0,002 • h\h - (h_x 10,85)] (9.8)

231

Для зоны типа Б параметры зоны защиты одиночного стержневого мол­ниеотвода можно определить из выражений

h₀ = 0,92 h; (9.9)

r_o = l,5h (9.10)

r_x = l,5[h-(hJ0,92) (9.11)

Величину r_х определяют по теореме Пифагора.

Для зоны типа Б высоту молниеотвода h при известных величинах h_x и r_х определяют по формуле

h = (r_x+l,63h_x)/l,5 (9.12)

Радиус зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой ме­нее 60 м определяют из выражения

а) при 0<h_x<2/3h

г_х = 1,5 (h-l,25h_x (9.13)

б) при 2/3 h <h_x<h

r_x = 0,75(h - h_x) (9.14)

Пример 9.2. Рассчитайте радиус зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h = 10 м на высотах h, 4, 6, 8 м.

Решение. Радиус зоны защиты r_x на высоте защищаемого объекта h_x опре­деляется по формулам (9.13) и (9.14).

Для высот 4 и 6 м радиус зоны защиты определим по формуле (9.13), так как в этих случаях 0 < h_x < 2/3 h; для высоты 8 м - по формуле (9.14), так как 2/3h <h_x<h

r_x = l,5(h - l,25h_x) = 1,5(10 -1,25 • 4) = 7,5м

r_x = l,5(h - 1,25/zJ = 1,5(10 -1,25 • б) = 3,75м

r_x = 0,7 5(h - h_x) = 0,75(10 - 8) = 1,5м

Вывод. Радиусы зоны защиты молниеотвода 7,5м - на высоте 4м; 3,75 - на высоте 6м и 1,5м - на высоте 8м.

Пример 9.3. Определить оптимальную высоту одиночного стержневого молниеотвода и размеры зоны защиты на высоте защищаемого объекта (h_x = 7м) и на уровне земли для здания размером 15x3 м².

Решение. Определим r_х, используя теорему Пифагора

232

м

r_x

= 1l² +b² = 0,5л/15²+3² = 8,6

Высоту молниеотвода определим по формуле (9.14), выразив h

h = {rx/0,75) + h_x = (8,6/0, 75) +7= 18,4м. Зону защиты на уровне земли рассчитаем по формуле (9.10)

r₀ = l,5h = 1,518,4 = 27,6 м.

Вывод. Для здания высотой 7 м необходим молниеотвод 18,4 м. 9.5. Двойной стержневой молниеотвод одинаковой высоты

Двойной стержневой молниеотвод (А < 150м) представлен на рис. 9.4. Торцевые части зоны защиты определяют как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Значения h₀, r₀, r_x, h_x рассчитывают по формулам (9.6)-(9.12) для обоих типов зоны защиты.

Другие величины зоны защиты двойного стержневого молниеотвода оп­ределяют следующим образом.

1 - граница зоны защиты на уровне h_xl 2- граница зоны защиты на уровне h_s2_; 3 - граница зоны защиты на уровне земли

Рис. 9.4. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Габаритные размеры для зоны типа А (существует при L<3h)

а) при L< h

б) при h < L<2h

r_c = r0; r_сх= r _o (hc -hx)/h_c; h_c= h_c - (0, 17 + 3х10 -⁴ h) (L - h);

Габаритные размеры для зоны типа Б (существует при L <5h) а) при L< h

233

(9.15)

(9.16)

h_c =h₀; r_a= r_x; r_c = r₀;

(9.17)

б) при h <L<6h

h_c = h₀ 0,14(L - h); r_c = r₀; r_сх= r₀(h_c - hx)/h_c

(9.18)

При известных h_c и L (r_cx =0) высоту молниеотвода для зоны типа Б уста­навливают по формуле

h = (h_c + 0,14 L)/1,13

(9.19)

Если стержневые молниеотводы стоят на расстоянии L>6h, их рассмат­ривают как одиночные.