16.3. Расчет молниезащитных устройств зданий и сооружений

Здания и сооружения или их части в зависимости от назначения, интен­сивности грозовой деятельности в районе местонахождения, ожидаемого количества поражений молний в год следует защищать в соответствии с кате­гориями устройства молниезащиты и типом зоны защиты. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов различных типов: стержневых, тросовых, сетчатых, комбинированных (например, тросово-стержневых). Наиболее часто применяют стержневые молниеотводы, тросо­вые используют в основном для защиты длинных и узких сооружений. Защит­ное действие молниеотвода в виде сетки, накладываемой на защищаемое сооружение, аналогично действию обычного молниеотвода.

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благо­даря этому защищаемое здание, более низкое по сравнению с молниеотводом по высоте, практически не будет поражаться молнией, если всеми своими ча­стями оно будет входить в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молни­еотвода считается часть пространства вокруг молниеотвода, обеспечивающая защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии с определенной сте­пенью надежности. Наименьшей и постоянной по величине степенью надеж­ности обладает поверхность зоны защиты; по мере продвижения внутрь зоны надежность защиты увеличивается. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5 % и выше, а типа Б — 95 % и выше.

Общая схема расчета молниезащитных устройств: производится количествен­ная оценка вероятности поражения молнией защищаемого объекта, расположен-

496

Глава 16. Защитные меры электробезопасности и заземление

ного на равнинной местности с достаточно однородными грунтовыми условиями на площадке, занятой объектом, т. е. определяется ожидаемое число поражений молнией в год защищаемого объекта; в зависимости от категории устройства мол-ниезащиты и полученного значения ожидаемого числа поражений молнией в год защищаемого объекта определяется тип зоны защиты; рассчитываются взаимные расстояния между попарно взятыми молниеотводами и производятся вычисления параметров зон защиты на заданной высоте от поверхности земли.

В зависимости от типа, количества и взаимного расположения молниеотво­дов зоны защиты могут иметь самые разнообразные геометрические формы. Оценка надежности молниезащиты на различных высотах производится про­ектировщиком, который в случае необходимости уточняет параметры молние-защитного устройства и решает вопрос о необходимости дальнейшего расчета.

Производственные, жилые и общественные здания и сооружения в зависи­мости от их конструктивных характеристик, назначения и значимости, веро­ятности возникновения взрыва или пожара, технологических особенностей, а также от интенсивности грозовой деятельности в районе их местонахождения подразделяют на три категории по устройству молниезащиты:

I. Производственные здания и сооружения со взрывоопасными помещени­ ями классов В-1 и В-2 по ПУЭ (к данной категории относятся также здания электростанций и подстанций.

II. Другие здания и сооружения со взрывоопасными помещениями, не от­ носимые к I категории.

III. Все остальные здания и сооружения, в том числе пожароопасные по­ мещения.

Для оценки грозовой деятельности в различных районах страны использу­ется карта распределения среднего числа грозовых часов в году, на которой нанесены линии равной продолжительности гроз или данные местной метео­рологической станции.

Вероятность поражения молнией какого-либо объекта зависит от интен­сивности грозовой деятельности в районе его расположения, высоты и пло­щади объекта и некоторых других факторов и количественно оценивается ожидаемым числом поражений молнией в год. Для зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой, число поражений определяют по формуле

N=n(S+6h)(L + 6h)-№-⁶, (16.14)

где п — среднегодовое число ударов молнии на 1 км² земной поверхности в месте расположения объекта, значения п при равной интенсивности грозовой деятельности определяют по таблицам; S и L — соответственно ширина и длина защищаемого здания (ссоружения), имеющего в плане прямоугольную форму, мм; h — наибольшая высота защищаемого объекта, м.

Для зданий сложной конфигурации при расчете ./V в качестве S w L прини­мают широту и длину наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание в плане

16.3. Расчет молниезащитных устройств зданий и сооружений

497

По категории устройства молниезащиты и ожидаемому числу поражений молнией в год защищаемого объекта определяют тип зоны защиты. Здания и сооружения, от­носящиеся к категории I, подлежат обязательной молниезащите; зона защиты должна обладать степенью надежности 99,5% и выше (зона защиты типа А). Зоны за­щиты для зданий и сооружений, относящихся ко II категории, рассчитывают по типу А, если N > 1, и по типу Б в противном случае. Зоны, относящиеся к категории III, рассчитывают по типу А, если N> 2, и по типу Б, если N< 2. Это касается только зда­ний и сооружений, которые относятся к взрыво- и пожароопасным, для всех осталь­ных объектов этой категории независимо от значения ./V принимается зона защиты типа Б.

Расчет молниезащиты зданий и сооружений заключается в определении границ зоны защиты молниеотводов, которая представляет собой пространст­во, защищаемое от прямых ударов молнии. Зона защиты одиночного стерж­невого молниеотвода высотой h < 150 м представляет собой круговой конус, который в зависимости от типа зоны защиты характеризуется следующими га­баритами:

зона А:

h₀ = 0,85; г₀ = (1,1 -0,002 h)Л; г_х = (1,1 - 0,002й) зона Б:

^f h ^

h ^х-

0,85

(16.15)

h₀ = 0,92h; r₀ = l,5h; r_x = l,5

h-

h

0,92

(16.16)

где Л₀ — вершина конуса зоны защиты, м; г₀ — радиус основания конуса на уровне земли, м; г_х — радиус горизонтального сечения зоны зашиты на высо­те h_x от уровня земли, м; h_x — высота защищаемого сооружения, м.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода в плане графически изображается окружностью соответствующего радиуса. Центр окружности на­ходится в точке установки молниеотвода.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м при расстоянии между молниеотводами, равном L, изображена на рис. 16.8. Из рисунка видно, что зона защиты между двумя стержневыми молниеотводами имеет значительно большие размеры, чем сумма зон защиты двух одиночных молниеотводов. Часть зоны защиты между стержневыми молниеотводами в сечении, проходящем через оси молниеотводов, является совместной, а ос­тальные ее части называются торцевыми.

Определение очертаний торцевых частей зоны защиты выполняется по расчетным формулам, используемым для построения зоны защиты одиночных молниеотводов, т. е. габариты h₀, r₀, г_х], г_х2 определяют в зависимости от типа зоны защиты по формулам (16.15) или (16.16). В плане торцевые части пред­ставляют собой полуокружности радиусом г₀ или г, которые ограничиваются

498