4. Тросові системи захисту від блискавки. Зони захисту.

Зоны защиты молниеотводов. Как следует из сказанного выше, молниеотвод перехватывает нисходящие молнии с тем большей вероятностью, чем сильнее он возвышается над объектом и чем ближе к нему находится. Для практики важно очертить в окрестности молниеотвода некоторую поверхность, которая ограничивала бы надежно защищаемый объем. Это и есть зона защиты. Любой объект целиком размещенный внутри зоны мог бы считаться защищенным с надежностью не ниже той, что принималась в расчет при построении пограничной поверхности. Техническая конструктивность идеи сомнений не вызывает. Для тросового молниеотвода в качестве зоны защиты принята симметричная двухскатная поверхность, которая в поперечном сечении вертикальной плоскостью дает равнобедренный треугольник примерно с теми же размерами, что и у диаметрального сечения конусной поверхности для стержня. Давно сложившаяся практика как-то заслонила принципиальную неоднозначность самого понятия зоны защиты молниеотвода. Действительно, располагая единственным параметром — допустимой вероятностью прорыва молнии Фпр.шах, нельзя со всей определенностью указать форму пограничной поверхности. Ее приходится выбирать из каких-то дополнительных соображений, как правило, волюнтаристского толка. В частности, за выбором конической зоны для одиночного стержневого молниеотвода не стоит ничего, кроме соображения об осевой симметрии и пожелания геометрической простоты. Значению Фпр.mах соответствует множество различных по форме зон защиты, и выбор единственной зоны может оказаться далеко не оптимальным. Объем зоны защиты редко заполнен целиком. Когда объект занимает малую ее долю (а так чаще всего и бывает на практике), высота молниеотвода оказывается избыточной. Для высоких объектов и еще более высоких молниеотводов это оборачивается немотивированными материальными затратами, особо заметными, когда от защиты требуется высокая надежность. Помещая объект внутри зоны защиты, проектировщик не имеет представления о его фактической защищенности. При удалении объекта от границы в глубь зоны вероятность прорыва может падать на порядки. Наконец, и это главное, зоны защиты могут быть построены с достаточной достоверностью только для однотипных молниеотводов простейшей конфигурации — стержневых и тросовых. Даже их комбинация вызывает непреодолимые трудности. То же можно сказать о множественных стержневых молниеотводах, непараллельных двухтросовых, разновысоких

молниеотводах. Все они часто встречаются на практике, особенно когда для защиты пытаются использовать естественные молниеотводы — хорошо заземленные металлические сооружения, соседние с защищаемыми, иногда — высокие деревья. Анализ опыта проектирования молниезащиты показывает, что предпочтение подчас отдается не наиболее эффективным системам, а тем, что доступнее для расчетов. Между тем, статистическая

методика расчета защитного действия молниеотводов не имеет ограничений ни по типам молниеотводов, ни по их числу, ни по конфигурации защищаемых объектов. Те или иные сложности может вызывать только поиск кратчайших расстояний от головки лидера молнии до молниеотводов и до защищаемых объектов. Но они вполне преодолимы при использовании современных компьютеров. Не следует также забывать, что расчет дает

инженеру не только вероятность прорыва, но и конкретные значения ожидаемого числа прорывов за заданный срок эксплуатации объекта — параметр более конкретный и экономически значимый.

5.9.2. Угол защиты тросового молниеотвода. Понятие угла защиты а используется при проектировании тросовых молниеотводов линий электропередачи (рис. 5.18). Угол считается положительным, когда фазныепровода подвешены дальше тросов от оси и потому в какой-то мере открыты для нисходящих молний.

Чем меньше горизонтальное смещение провода относительно троса и чем выше подвешен трос, тем меньше a. С ростом положительного угла надежность защиты снижается. Угол защиты вводился в качестве параметра, при помощи которого надеялись обобщить опыт наблюдений за поражениями молниями линий электропередачи различной конструкции. Оказалось (и на основании всего сказанного это естественно), что угол а не может служить исчерпывающей характеристикой защитных свойств троса. Помимо угла линию приходится характеризовать превышением троса над проводом Δh и высотой подвеса троса h_M. При фиксированном угле а от этого зависит расстояние между тросом и проводом, которое посредством стандарта выбора определяет степень взаимосвязи системы. Из линий с одинаковым углом защиты лучше защищена та, что имеет большее Δh и меньшее h_M. На практике получили распространение эмпирические формулы, которые связывают вероятность прорыва молнии к проводам с а и h_M однако Δh в них не фигурирует, что уменьшает их точность. Известны например одинаковые по своей структуре выражения [5.20, 5.21]

С ошибкой до 300% они дают подтвержденные опытом эксплуатации значения вероятности прорыва. К формулам следует относиться с осторожностью, когда дело касается опор выше 50 м при малых положительных и особенно при отрицательных углах защиты, поскольку подавляющее большинство эксплуатационных данных относится к линиям высотой до 40 м с положительными углами защиты 20-30°. К тому же лишь малая часть данных, положенных в основу эмпирических формул, является результатом непосредственных измерений. Большинство данных получено из регистрируемого числа грозовых отключений за вычетом расчетного числа обратных перекрытий (п. 1.6.1). Последнее вычисляется с плохой точностью. Тем не менее, формулы E.21) демонстрируют привлекательность отрицательных углов защиты. Действие тросов, размещенных дальше от оси опоры, чем фазные провода, чему соответствует a < 0, аналогично разобранному в разд. 5.8 действию замкнутого троса, окружающему извне защищаемую область. При помощи такого молниеотвода можно было бы обеспечивать исключительно низкую вероятность прорыва молний к проводам линии. Но реализация отрицательных углов защиты требует более габаритных опор, т.е. дополнительных затрат металла. На это идут крайне редко.