2. Защита от прямого удара молнии

Для защиты от прямого удара молнии устраивают молние­отводы. Молниеотвод состоит из молниеприемника, токоотводов и заземляющего устройства (заземления).

Здания или сооружения III категории защищают стрежневы­ми или тросовыми (антенными) молниеотводами, отдельно стоя­щими или устанавливаемыми на защищаемом сооружении.

Отдельно стоящий стержневой молниеотвод (рис. 34) состо­ит из несущей части или опоры 1, на которой укреплен молниеприемник 2, токоотвода 3 и заземляющего устройства 4. Стер­жневой молниеотвод, устанавливаемый на защищаемом соору­жении, может не иметь несущей части. В этом случае молниеприемник укрепляют на конструкциях сооружения, а токоотводы прокладывают по стенам, колоннам и крышам бетонных, кир­пичных и деревянных защищаемых сооружений.

Конструкция молниеприемников для стержневого молниеот­вода приведена на рис. 35. Сечение молниеприемника принима­ют не менее 150 мм².

Антенный или тросовый молниеотвод состоит из молниепри­емника в виде металлического троса, укрепленного на двух от­дельно стоящих или установленных на защищаемом сооружении опорах. К концам троса у опор присое­диняют токоотводы, проложенные по опорам и соединяющие молниеприемник с заземляющими устройствами у осно­вания опор.

При защите промышленных и граж­данских сооружений от прямого удара молнии величина импульсного сопротивления растеканию тока заземлителей должна быть не более 20 ом на каждый токоотвод, а при защите наружных ем­костей с горючими жидкостями и газами, а также неметаллических вертикальных труб промышленных предприятий и цен­тральных котельных — не более 50 ом.

Для устройства тросового молниеот­вода в качестве молниеприемника ис­пользуют стальной оцинкованный канат марки ТК (ГОСТ 3063—66) сечением 48,26 мм². Использовать для этой цели стальные канаты сечением менее 35 мм² не допускается.

Рис. 34. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод.

По условиям механиче­ской прочности применять тросовые молниеотводы в районах с особой гололедностью не допускается.

Конструкция крепления троса молниеотвода к опоре должна быть надеж­ной и обеспечивать устойчивую электрическую связь с токоотводом.

Сечение стальных токоотводов обычно принимают не менее 100 мм². В качестве токоотводов используют стальной прокат различного профиля, а также стальные тросы. Крепление токо­отводов к опоре или конструкциям сооружения и к металличе­ской кровле в случае ее использования в качестве молниепри­емника приведено на рис. 36.

От прямого удара молнии спальные корпуса и другие подоб­ные объекты третьей категории по СН 305—65 допускается за­щищать упрощенными методами с использованием близко рас­положенных деревьев, линий электропередачи и пр. (СН 305—65, пп. 60 и 61). Достаточность защиты одноэтажных зданий площадью до 100 м2 в этом случае должна быть проверена рас­четом.

Высокие сооружения, имеющие металлическую кровлю (или по аналогии металлические конструкции, возвышающиеся над сооружением), не требуют установки специальных молниеприемников, роль которых выполняет металлическая кровля.

Рис. 35. Конструкции молннеприемников стержневого молниеотвода

я — из крупных стальных стержней; б — из тонкой стальной проволоки; в — из стальных труб; г — из стали различных профилей (размеры в мм); 1 — молниеприемник; 2 —токоотвод; 3 —стальная проволока диаметром 2—3 мм

Допускается использовать в качестве молниеприемника ме­таллическую сетку из стальной проволоки диаметром 6—8 мм с ячейками размером 5X5 м, уложенную на неметаллическую кровлю или под слой гидроизоляций (сетчатый молниеотвод). В этом случае токоотводы укладывают по углам здания, но не более чем через 25 м по его контуру.

-

Рис. 36. Способы закрепления токоотводов

а — на деревянных конструкциях; б — на кирпич­ной стене; в — к металлической кровле: 1 — токоотвод; 2 — металлическая кровля; 3 — зажимная пластина из стали

Защиту сооружений от прямого удара молнии допускается выполнять с использованием в качестве молниеприемника сталь­ной арматуры железобетона верхних покрытий. При этом арматура должна быть проварена в местах стыков и пересечений для образования единой проводящей сетки.

Допускается использовать в качестве токоотводов арматуру железобетонных колонн и других вертикальных железобетонных конструкций (монолитных и сборных), если арматура сварена между собой и имеет достаточное сечение.

Количество молниеприемников и их размещение зависит от вида молниеотвода, размеров и характера защищаемого соору­жения.

При защите промышленных и гражданских объектов количе­ство молниеприемников выявляют в результате построения зон защиты с учетом высоты молниеприемника, типа молниеотвода и размеров объекта.

При защите дымовых труб количество .молннеприемников и токоотводов зависит от высоты трубы:

при высоте трубы до 50 м устанавливают один молниеприем­ник и один токоотвод;

при высоте трубы от 50 до 100 м количество молниеприемни­ков зависит от их высоты и образуемой защитной зоны и прини­мается по расчету, но не менее двух молниеприемников и двух токоотводов;

при высоте трубы более 100 м требуется установка верти­кальных стальных стержней или уголков высотой 2 м через 3 м по периметру трубы. По верхнему цоколю трубы укладывают стальное кольцо сечением не менее 100 мм², к которому привари­вают основания всех молниеприемников. Такие же кольца устанавливают через каждые 10 м по высоте трубы и кольца прива­ривают к токоотводам.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м представляет собой конус с образующей в виде лома­ной линии (рис. 37). Основанием конуса является круг радиу­сом r =1,5 h. Вертикальной прямой линией на рисунке обозна­чен укрепленный на опоре молниеприемник стержневого молние­отвода, а пунктирными линиями (продолжения наклонных прямых сплошных линий) — линии построения зоны защиты.

Необходимые для построе­ния зоны защиты величины обозначены, на рисунке.

Горизонтальное сечение зоны защиты на уровне верхней границы защищае­мого объекта на высоте h_x представляет круг радиу­сом r_x, определяемый по зависимостям:

при

при

Рис. 37. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м: 1-граница зоны защиты на уровне земли; 2 — граница зоны защиты на высоте h_x

Зона защиты одиночно­го стержневого молниеотво­да высотой более 60 м, но не более 100 м по характе­ру аналогична предыдущей, но в ней основанием принят круг радиусом 90 м, т. е. r = 90 м.

Радиус зоны защиты на высоте h_x в этом случае может быть определен по за­висимостям:

при

при

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода при рас­стоянии между опорами единичных молниеотводов а приведена на рис. 38. Верхнюю границу зоны защиты на участке между опорами строят в такой последовательности: проводят вертикаль­ную прямую на середине расстояния между опорами и от поверхности грунта откладывают отрезок, равный 4h; из получен­ной точки 0 через вершины молниеприемников проводят дугу радиусом R. В вертикальном сечении 0—0 границы зоны строят так же, как для одиночного стержневого молниеотвода высотой h₀, а в торцовых частях — высотой h. Величины h₀ и h можно вычислить аналитически по формулам:

и

Рис. 38. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

а — молниеотводы одинаковой высоты; б — молниеотводы различной высоты; 1— граница зоны защиты на уровне земли; 2 — граница зоны защиты на высоте h_x

При а > 5h совместное действие двух стержневых мол­ниеотводов нарушается (h_о=0) и их нужно рассматривать как самостоятельные одиночные стержневые молниеот­воды.

Рис 39 Зона защиты четырехкратного стержневого молниеотвода

1 - граница зоны защиты на уровне земли; 2 - граница зоны защиты на высоте h_x

Если высота двух одиночных стержневых молниеотводов, об­разующих двойной стержневой молниеотвод, различна, то по­строение зоны защиты осуществляется следующим образом (рис. 38,6):

для молниеотвода большей высо­ты строят зону защиты, как для оди­ночного молниеотвода;

через вершину меньшего по высоте молниеотвода проводят горизонталь­ную линию до пересечения с границей зоны защиты более высокого молниеотвода (построенной в соответствии с предыдущим указанием);

вертикальную линию, проходящую через точку пересечения проведенной горизонтали и линии защиты молниеотвода большей высоты, от точки М, до поверхности земли принимают за фиктивный молниеотвод, высота ко­торого равна высоте более низкого молниеотвода.

Построение зоны защиты между молниеприемником меньшей высоты и фиктивным молниеприемником (сечение А—А рис. 38,6) осуществляют так же, как и для двойного стержне­вого молниеотвода одинаковой высоты.

При защите объектов многократными стержневыми молние­отводами зону защиты с внешней стороны между двумя смеж­ными молниеприемниками определяют, как зону защиты двой­ного стержневого молниеотвода.

Для четырехкратного и более стержневого молниеотвода для сооружений III категории необходимо, чтобы длина наи­большей по величине диагонали многоугольника, образованного единичными стержневыми молниеотводами D, была равна или меньше 5h (рис. 39), т. е. D< 5h.

Зону защиты одиночного тросового молниеотвода определя­ют в зависимости от расстояния от земли до точки наибольшего провеса троса h (рис. 40,а). Приближенно стрелу провеса тро­са для стальных проводов сечением 35—50 мм² принимают рав­ной: для пролетов до 120 м — 2 м и для пролетов 120— 150м – 3 м.

Рис. 40. Зона защиты одиноч­ного (а) и двойного (б) тро­сового молниеотвода

1 — граница зоны защиты на уров­не земли; 2 — граница зоны защиты на высоте h_х

Верхняя часть зоны защиты вдоль троса ограничивается го­ризонтальной прямой, проведенной на высоте h. В торцовых ча­стях зона защиты определяется так же, как и для стержневого одиночного молниеотвода, но не по высоте опоры, а по высоте h. В вертикальном сечении Б—Б радиус зоны защиты на уровне земли принимают 1,25h, а на уровне h_x вычисляют по формулам:

при

при

Зона защиты двойного тросового молниеотвода высотой до 60 м при расстоянии между тросовыми молниеотводами менее 4h приведена на рис. 40, б. Границу внешней зоны защиты в сторону от тросового молниеприемника определяют так же, как и для одиночного тросового молниеотвода. Границу внешней зоны защиты между двумя конечными опорами тросовых молниеприемников, расположенную правее линии АВ или левее линии БГ (рис. 40,6), определяют так же, как для двойного стержневого молниеотвода. Высота зоны защиты по оси М—М определяется дугой, проведенной из точки, которая расположена на верти­кальной оси, восстановленной из точки пересечения осей Л—Л и М—М, на расстоянии 3h от поверхности земли (а не 4h, как в случае двойного стержневого молниеотвода). Радиус дуги ра­вен расстоянию от этой точки до точки на опорах тросового мол­ниеприемника, расположенной на высоте h.