Особенности применения традиционных молниеотводов
Прямой удар является наиболее опасным из всех видов проявлений молнии. За- щита зданий и сооружений от прямых ударов молнии осуществляется при помощи молниеотводов различных модификаций.
Молния имеет свойство избирательно поражать заземленные (электропровод- ность стремится к бесконечности) и возвышающиеся над поверхностью земли металлические предметы. Защитное действие каждого типа молниеотвода основано на этой особенности грозового разряда.
Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, воспринимающее прямой удар молнии и отводящее токи молнии (посредством определенной системы заземления) в землю. Каждый молниеотвод независимо от типа состоит из следующих основных элементов:
- молниеприемника, непосредственно воспринимающего прямой удар молнии; несущей конструкции, предназначенной для установки молниеприемника;
- токоотвода, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлителю;
- заземлителя, отводящего ток молнии в землю и обеспечивающего контакт с зем- лей молниеприемника и токоотвода.
Для молниезащиты используют следующие типы молниеотводов: стержневые; тросовые или антенные и сетчатый. Кроме того, для комплексной защиты соору- жений в ряде случаев применяют комбинированные (тросово-стержневые).
Благодаря простоте изготовления получили наибольшее распространение стерж- невые молниеотводы, обеспечивающие высокую надежность в эксплуатации.
Тросовые молниеотводы являются менее надежными и используются лишь для защиты весьма протяженных объектов.
Сетчатые молниеотводы, обладающие достаточно высокой степенью надежнос- ти, широко применяются при защите сооружений III категории. Они имеют неболь- шой расход металла, отсутствие железобетонных конструкций, простота изготов- ления, монтажа и эксплуатации) превосходят стержневые и тросовые молниеотво- ды. Они могут быть использованы и для защиты сооружений I и II категорий, когда применение стержневых или тросовых молниеотводов по тем или иным причинам неприемлемо (например, при значительной высоте защищаемого объекта).
Защитная зона традиционных молниеотводов
Расчет защитной зоны стержневого молниеотвода
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
представляет собой в вертикальном сечении конус с обра- зующей в виде ломаной линии. Построение зоны защиты для молниеотвода высотой h<60 м производится следую- щим образом. От основания молниеотвода в противопо- ложные стороны откладываются два отрезка СА' и СВ', равные 0,75h, концы полученных точек А' и В' соединяют с вершиной О молниеотвода. Далее на молниеотводе на высоте 0,8h находится точка О', которая соединяется прямой линией с концами отрезков СВ и СА, равных l,5h.
Ломаная BDO и является образующей зоны защиты для определения величины радиуса защиты гх на любой высоте hх зоны защиты, который определяется, как
Решая приведенные выше формулы относительно h, можно при известных (заданных) значениях rx и hх получить величину оптимальной высоты молниеотвода:
Расчет защитной зоны тросового молниеотвода
Согласно методики МЭИ им. Г.М.Крижановского радиус rx и ho защитной зоны определяется по формулам для условий
Номограмма для выбора радиуса и высоты зоны для одиночного (а) и двойного молниеотводов (б)
б
а
Устройство и характеристика молниеотводов компании «Таурас»
Активная молниезащита
Активная молниезащита - это инженерно-техническая система, основной задачей которой является, при возникновении опасной грозовой деятельности, "искусственно" принять на себя и безопасно отвести в грунт ток молнии, опережая ее "естественное" развитие и обеспечивая тем самым защиту многократно большей территории, в сравнении с традиционными методами.
Главное отличие активной молниезащиты (АМЗ) от традиционных молниезащитных устройств заключается в наличии активного молниеприемника, который реаги- рует на рост напряженности электромагнитного поля, возникающий при приближении грозового фронта. Принцип работы. Конденсаторы, входящие в состав АМЗ, заряжаются от напряжения, наведенного этим полем на антеннах устройства. При достижении на кон- денсаторах 12-14 кВ, происходит пробой разрядников и формирование короткого высоковольтного импульса (более 200 кВ), полярность которого обратна полярности фронта. Этот импульс, опережая формирование "естест- венного" лидера, инициирует "искусственный" восходя- щий лидер, который развивается с гораздо большей скоростью и на большее расстояние, многократно увели- чивая зону защиты молниеприемника.
Преимущества активной молниезащиты:
-зона защиты активного молниеприемника значительно превосходит зону защиты традиционного (пассивного) молниеприемника аналогичной высоты;
-высокий уровень защиты*, обеспечиваемый конструкцией АМЗ, сводит к минимуму вероятность прорыва молнии и поражения защищаемого объекта;
-активный молниеприемник - автономное устройство, не требующее его подключения к какому- либо источнику питания;
-устройство активируется только в случае приближения грозового фронта и наличия реально риска возникновения разряда молнии;
-компактность устройство позволяет наиболее просто сохранить эстетичность фасада зданий.
Подбор системы активной молниезащиты
«Galactive»
«Forend»
Подбор системы активной молниезащиты следует начать с определения уровня защиты, который необходимо обеспечить для конкретного объекта.
В соответствии со международным стандартом NF C 17-102 "Protection of structures and open areas against lightning using early streamer emission air terminals", уровень защиты опреде- ляется с учетом определения или выбора следующих факто- ров:
-замещающая рабочая площадь собирания – это условная территория, с которой возможно поражение объекта молнией и которая зависит от габаритов и формы объекта;
-соотношение ожидаемой и признанной частоты поражений объекта молнией - характеризует реальную актуальность уста-
новки молниезащитной системы;
-местоположение объекта – это вероятность поражения одиночного объекта, расположенного на возвышении, больше в сравнении с объектом, находящимся в плотной застройке.
-опасностей, возникающих в случае удара молнии в объект, зависящих от ряда факторов: горючесть материала стен/кров- ли, стоимость объекта, количество людей на объекте и воз- можность их эвакуации, экологические последствия удара. Необходимый уровень защиты должен определяться с учетом всех этих опасностей. При этом можно использовать методику по международному стандарту NF C 17-102 , принятому в странах
Западной Европы. На следующем слайде приведена структура расчетов активной молниезащиты с использованием данной методики.
Методика расчета активного молниеотвода
Замещаемая рабочая площадь собирания ударов молний определяется как Ас = LW + 6W(L + W) + 9 π H H,
где LW + 6W(L + W) при кубическом виде здания или сооружения ( слагаемое 9 πH H1 добавляется, если есть настройка в виде башни);
L – длина здания; W – ширина здания; Н – высота здания; Н1 – высота башни. Ожидаемая частота ударов молнии в строение определяется по формуле
Nс =0,00001 **Ng max Аc С1. Признанная частота ударов молнии в строение определяется по формуле
Nd = 0, 055/ С,
где С = С2 С3 С4 С5, а составляющие С2, С3, С4 и С5 – это характеристики для отдельных частей здания.
Если Nd меньше или равно Nc, то защита не требуется. Если же Nd больше Nc, то требуется защита здания.
При этом эффективность защиты определяется по формуле Е = 1 – Nc / Nd . Следовательно, чем меньше расчетное значение, тем ниже эффективность защиты.
Примечание:
**Ng max = 2 Ng , где Ng – [удар/год/км.кв.] – среднегодовая плотность ударов молнии в районе, где расположен объект.
Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
