2.5. Классификация защищаемых объектов

Характер и тяжесть последствий удара молнии зависит, прежде всего, от взрыво- и пожароопасности объекта. Так, в производствах, связанных с процессами открытого горения, удар молнии представляет меньшую опасность, чем на объ­ектах, содержащих взрыво- и пожароопасную среду.

Таблица 1. Характеристики грозовой деятельности.

Среднегодовая продолжительность гроз, ч	Удельная плотность ударов молнии в землю n, 1/(км2 год)
10-20	1
20 -40	2
40-60	4
60-80	5,5
80-100	7
100 и более	8,5

Согласно [1], здания и сооружения разделены на 3 категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражений молнией.

К 1 категории отнесены производственные помещения, в которых взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон могут образовываться в нор­мальных технологических процессах. Поражение молнией вызывает взрыв на объекте и создаст повышенную опасность для близрасположенных объектов.

Ко II категории отнесены производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасных концентраций газов, паров, пылей, волокон происходит при аварийных ситуациях, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы. Для этих объектов удар молнии создает опасность взрыва только при совпадении с технологической аварией.

К III категории относится объекты, в которых прямое или вторичное воздействие молнии не вызывает взрыва, но может вызвать пожар. Кроме того, к этой ка­тегории относятся объекты, поражение которых представляет опасность для лю­дей и животных (общественные здания, высотные сооружения, животноводче­ские комплексы), а также небольшие строения в сельской местности, выполнен­ные из сгораемых кокггрукцнй.

2.6. Средства и способы молннезашнты

Наиболее надежным средством защиты от прямого удара молнии является молниеотвод - устройство, предназначенное для непосредственного контакта с каналом молнии и отвода ее тока в землю. Молниеотводы делятся па отдельно стоящие, т.е. установленные на некотором расстоянии от защищаемого объекта и обеспечивающие растекание тока в земле мимо объекга, и установленные на са­мом объекте, обеспечивающие растекание тока по контролируемым путям так, что обеспечивается безопасность людей, низкая вероятность взрыва или пожара.

Отдельно стоящие молниеотводы исключают возможность термического воздействия молнии на объект, обеспечивают наибольшую безопасность и приме­няются для объектов I категории. Для объектов II и III категории в равной мере допустимо использование как отдельно стоящих, так и установленных на объек­те молниеотводов.

Молниеотвод (рис. I и 2) состоит из молниеприемника 1, опоры 2, токоотвода 3 и заземлителя 4. На практике, функции молннеприемника, опоры и токоотвода может выполнять, например, металлическая мачта или ферма здания.

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии с большей вероятностью поражать высокие и хорошо заземленные объекты по сравнению с расположенными рядом объектами меньшей высоты.

Рис.1. Конструкция стержневого молниеотвода I - молниеприемник, 2 - опора, 3- токоотвод, 4 – заземлитель

Рис.2. Конструкция тросового молниеотвода 1 - молниеприемник, 2 - опора, 3- токоотвод, 4 - заземлитель

Количественно зашитное действие молниеотвода определяется через отношение вероятности попадания молнии в защищаемый объект к общему числу ударов в молниеотвод и объект (вероятность прорыва). Отсюда вытекает понятие зоны защиты молниеотвода - это внешняя граница пространства с постоянным значе­нием вероятности прорыва. В [1] принято две зоны зашиты: зона А обеспечивает защиту от 99,5% попаданий молнии, зона Б - от 95%.

По типу молниеприемннка молниеотводы делятся на стержневые (вертикальные), тросовые (горизонтальные протяженные) и молниеприемные сетки. Зона, защиты стержневого молниеотвода представляет собой круговой конус, зона за­щиты тросового - двускатную поверхность (рис. 3 и 4). Основное требование к размерам зоны защиты и расположению молниеотводов относительно защищае­мого объекта заключается в том, что объект должен полностью, включая все вы­ступающие части и детали, размещаться внутри зоны защиты.

Молниеприемные сетки выполняются из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм с шагом ячеек не более 6 х 6 м с соединением узлов сваркой и раз­мещаются на кровле здания, при этом кровля должна быть горизонтальной (ук­лон не более 1:8) из расчета равновероятности поражения молнией любого ее участка. При больших уклонах кровли удары молнии наиболее вероятны вблизи конька, и в этих случаях более экономична установка стержневых или тросовых молниеприемников.

Для обеспечения безопасности людей и защиты от вторичных проявлений молнии, токоотводы прокладываются в малодоступных местах по кратчайшему расстоянию к заземлителям, а искусственные заземлители размещаются равно­мерно по территории объекта на глубине не менее 0,5 м.

Заземлители молниезащиты могут быть естественными или искусственными, при этом для всех категорий молниезащиты предпочтение отдается естествен­ным заземлителям.

В прил. 2 приведены характеристики некоторых объектов и соответствующие им категории молниезащиты и зоны защиты молниеотводов.

Рис. 3. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Геометрические размеры зон защиты определяются по формулам, приведенным в табл. 2.

Таблица 2 Размеры зон защиты одиночных молниеотводов высотой менее 150 м

Зона	Высота зоны защиты h0, м	Радиус зоны на уровне земли r0, м	Радиус зоны на высоте крыши защищаемого объекта rх, м
Стержневой (рис. 3)
А	0,85h
Б	0,92h	r0 =1,5 h
Тросовый (рис. 4)
А	0,85h
Б	0,92h	r0 =1,7 h

Примечания:

а) во всех случаях для зоны А высота молниеотвода h определяется методом последовательных приближений.

b) для зоны Б при известных значениях r_x и h_х:

h = (r_x + 1,63h_x)/1,5 -для стержневого молниеотвода;

h = (r_x + 1,85h_x)/1,7 -для тросового молниеотвода;

с) для тросового молниеотвода h - высота троса в середине пролета с учетом стрелы провеса троса. При известной длине пролета L высота опор молниеотвода:

при L < 120 м;

при 120 < L < 150 м. (3)

Рис. 5. Двойной стержневой молниеотвод

Для расширения горизонтальных размеров зон защиты используются несколько стержневых или тросовых молниеотводов с перекрывающимися зонами защиты. Чаще всего используются двойные стержневые (рис. 5) или двойные тросовые (рис. 6) молниеотводы.

Для двойных стержневых и тросовых молниеотводов высотой менее 150 м (рис. 5 и 6) габаритные размеры наружных областей зоны защиты h₀₁, h₀₂, r₀₁, r₀₂, r_х1, r_х2 определяются по формулам табл.2 для соответст­вующего типа одиночного молниеотвода. Внутренние области имеют следую­щие размеры:

(4)

r_cx = r_x при L < h (5)

r_cx = r_c(h_c –h_x)/h_c при L > h

Значения h_c1 и h_c2 определяются по табл. 3.

Таблица 3. Наименьшая высота внутренней области зоны защиты двойного молниеотвода

Зона защиты	L < h	h<L<4h	4h <L<6h
А	hci = h0		-
Б