3.5. Расчёт молниезащиты

3.5.1. Выбор конструктивных элементов молниеотвода

Защитное действие молниеотводов основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземлённые металлические сооружения. Защитное действие молниеотвода характеризуется вероятностью прорыва молнии. Под этой вероятностью понимают отношение числа разрядов молнии в защищаемый объект к общему числу разрядов в систему молниеотвод - объект. Под зоной защиты понимают пространство в окрестности молниеотвода, характеризующееся тем, что вероятность прорыва молнии к любому объекту внутри зоны не превышает некоторой достаточной малой величины. Конфигурация и размеры зон защиты получены на основе модельных экспериментов и расчётов, было предложено два типа зон защиты: зона типа А, обладающая степенью надёжности 99,5% и выше, и тип Б- 95% и выше. Степень надёжности защиты объекта в любом случае возрастает, когда объект удаётся расположить в глубине зоны защиты молниеотводов.

По типу молниеприёмников молниеотводы делятся на стержневые, тросовые и сетчатые. Кроме того, различают молниеотводы отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого объекта.

При одиночном стержневом молниеотводе зона защиты (при h ≤ 150м) представляют собой конус. Вершина конуса находится на высоте h₀ < h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом R₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защитного уровня сооружения h_х представляет собой круг радиусом R_х. Эти величины определяются следующим образом.

Зона типа А:

h ₀ = 0.85 h, (8.1)

R₀= (1,1- 0,002h)h, (8.2)

R_х= (1,1- 0,002h)(h- h_х / 0.85). (8.3)

Зона типа Б:

h ₀= 0.92 h, (8.4)

R₀= 1,5 h, (8.5)

R_х= 1,5(h- h_х / 0,92), (8.6)

где R_х и h_х определяются по закону подобия треугольников.

Для зоны типа Б высота молниеотвода при известных величинах R_х и h_х может быть определена по формуле

h= (R_х + 1,63h_х)/ 1,5 , (8.7)

Одиночный тросовый молниеотвод.

Здесь h- высота троса в точке наибольшего провеса. С учётом стрелы провеса троса сечением 35- 50мм² при известной высоте опор h_оп и длине пролёта α < 120 м высота троса h= h_оп.-2, а при α = 120- 150 м h= h_оп.-3 м.

Конфигурацию и размеры зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов определяют по формулам.

Зона типа А:

h ₀= 0.85 h, (8.8)

R₀= (1.35- 0.0025h)h, (8.9)

R_х= (1,35- 0,0025h) (h- h_х/ 0,85). (8.10)

Зона типа Б:

h ₀= 0,92 h, (8.11)

R₀= 1,7h, (8.12)

R_х= 1,7(h- h_х/ 0,92), (8.13)

В нашем случае защита объекта производится одиночным стержневым молниеотводом.

3.5.2 Определение типа и категории молниезащиты

Цех производства дизельного топлива относится к зоне класса В-Iа п. 7.3.41. [2].

На основании РД 34.21.122-87 пункта 1.1 табл. 1 [3] здания, принадлежащие к зоне класса В-аг относятся ко II^ой категории молниезащиты тип зоны молниезащиты В.

3.5.3. Определение ожидаемого количества поражений молнией в год здания

N= n 10^-6 , (8.1.2.1)

где S,L - соответственно ширина и длина здания,

h- высота здания, n- среднегодовое число ударов молнии в1 км² земной поверхности в географическом месте расположения здания (удельная плотность ударов молнии в землю 1/(км² ×год).

Примечание: Среднегодовая продолжительность гроз в часах, в произвольном пункте на территории России, определяется по карте (рис.3) настоящего нормативного документа или рис. 2.5.13. 2.5.16. ПУЭ.

На основании п.1.2. РД 34.21 122-87 здания, отнесённые по устройству молниезащиты ко II категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных её проявлений и заноса высокого потенциала через металлические коммуникации.

3.5.4.Выбор конструктивных элементов молниеотвода

Следующие пункты инструкции по устройству молниезащиты РД 34.21 122-87содержат информацию о выборе конструктивных элементов молниеотводов:

- Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность (п.3.1.);

- Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, ж/бетона или дерева (п.3.2.);

- Стержневые молниеприёмники изготовляются из стали любой марки сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм и защищены от коррозии (п.3.3.);

- Соединения молниеприёмников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполнятся, как правило, сваркой, а при невозможности болтовым соединением с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом при обязательном ежегодном контроле соединения перед началом грозового сезона (п.3.4.);

- Токоотводы, соединяющие молниеприёмники с заземлителями выполняются из стали размерами не менее указанных в табл.3. [3] (п.3.5.);

- Рекомендуемые конструкции и размеры заземлителей приведены в табл.2. Минимально допустимые сечения электродов искусственных заземлителей нормированы в табл.3. (п.3.8.).

3.5.5. Расчёт зоны защиты молниеотвода

Молниеотвод - одиночный стержневой, устанавливаем на здании п.2.11. [14].

Расчёт высоты молниеотвода

При известных величинах h_x и r_x высота молниеотвода определяется по формуле

h_расч.=(r_x+1,63h_x)/1,5 (8.2.1.1)

где: h_x- горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого объекта;

r _x – радиус зоны защиты на уровне высоты здания, которую можно определить по теореме Пифагора (наиболее удалённая точка здания от оси молниеотвода)

r_x ²= а²+в²=>

где: а – ½ ширины здания, в – ½ длины здания

h _расч. = (31,6+1,63×10)/1,5=31,9 (м)

Вид здания сверху

3.5.6. Проверка соответствия высоты молниеотвода

h_факт. ³ h_расч. - по заданию высота молниеотвода h_факт. =16 (м) 16 < 31,9.

Вывод: установленный молниеотвод не соответствует по высоте расчётным данным.

3.5.7. Определение параметров зоны молниезащиты

Зона Б: h₀=0,92h, где h=h_расч.- высота молниеотвода;

h₀- начало зоны молниезащиты;

r₀=1,5h, где r₀- радиус зоны молниезащиты на уровне земли.

Подставляя известные величины, определяем параметры зоны молниезащиты

h₀ = 0,92×31,9 = 29,35 м

r₀ = 1,5×31,9 = 47,9 м