Защитные зоны тросовых молниеотводов

Экранирующее действие тросов принято характеризовать углом за­щиты а, образованным вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с проводом (рис. 20-7). Тросы тем надежнее экра­нируют (защищают) провода, чем меньше угол (а). Вероятность Р_а по­ражения проводов, защищенных тросами с защитным углом (а), или, как говорят, вероятность прорыва молнии через тросовую защиту опреде­ляется по формуле

Эта формула отражает основные закономерности защиты прово­дов тросовыми молниеотводами: вероятность прорыва возрастает с уве­личением угла а и повышением высоты опор h.

П ример 20-2. Определить вероятность прорыва молнии на линии с hоп=15 и 45 м и а = 30°.

Находим по формуле (20-3) в первом случае

и Р_а = 0,002 и во втором случае и Р_а = 0,016.

Приведенный пример показывает, что на линиях с высотой опор порядка 15м защитный угол а = 30° еще обеспечивает удовлетворительную защиту, но на линиях с высокими опорами необходимы меньшие углы защиты. Формула (20-3) предложена ЛПИ на основе анализа грозовых поражений большого числа линий. По мере накопления наших сведений о механизме поражения линий формула для Р_а будет уточняться.

Защитный угол (а), указанный на рис. 20-7, относится к защите внешних проводов. Статистика поражений показала, что провод, на­ходящийся между двумя тросовыми молниеотводами, находится в луч­ших условиях защиты. Эффект возрастания защитной зоны между мол­ниеотводами аналогичен указанному в § 20-2 для стержневых молниеотводов. Внутренняя область ограничивается дугой окружности, проходящей через тросовые молниеотводы и среднюю точку 0, находящуюся на высоте

где S — расстояние между тросами.

Повышенный экранирующий эффект тро­совых молниеотводов по отношению к средне­му проводу используется для горизонтального разнесения тросов (рис. 20-7) в целях улучше­ния защиты крайних проводов до 20°. Однако при разносе тросов и -снижении расстояний трос — внешние провода по горизонтали воз­растает опасность схлестывания проводов и тросов при пляске проводов во время голо­леда.

На деревянных опорах снижение углов за­щиты крайних проводов возможно путем подвески тросов на дополни­тельной траверсе. Однако значительный горизонтальный разнос тросов или высокая их подвеска ведет к существенному утяжелению опор. Оптимальные углы защиты для линий 35—110кв с деревянными опорам, установлены практикой в пределах 25—30°.

Защитным действием по отношению к нижерасположенным прово­дам обладают не только заземленные тросы, но и рабочие провода линии, «заземленные» через свои волновые сопротивления. Поэтому, например, на двухцепных линиях, имеющих вертикальное расположение проводов, верхние провода экранируют нижние.

Методика расчета

Рассчитать молниезащиту — это значит определить тип защиты, ее зону и параметры (таблица 1).

По типу молниезащита (м/з) может быть следующей:

• одностержневой;

• двухстержневой одинаковой или разной высоты;

• многократной стержневой;

• одиночной тросовой;

• многократной тросовой.

По степени надежности защиты различают два типа зон:

А — степень надежности защиты > 99,5 %;

Б — степень надежности защиты 95... 99,5 %.

Параметрами молниезащиты являются:

h — полная высота стержневого молниеотвода, м;

h_o — высота вершины конуса стержневого молниеотвода, м;

h_x — высота защищаемого сооружения, м;

h_м — высота стержневого молниеприемника, м;

h_а— активная высота молниеотвода, м;

r₀, r_х — радиусы защиты на уровне земли и на высоте защищаемого сооружения, м;

h_с — высота средней части двойного стрежневого молниеотвода, м;

2r_c, 2r_x — ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли и на высоте защищаемого объекта, м;

α — угол защиты (между вертикалью и образующей), град;

L — расстояние между двумя стержневыми молниеотводами, м;

а — длина пролета между опорами троса, м;

h_оп — высота опоры троса, м;

r_х+r'_х — ширина зоны тросового молниеотвода на уровне защищаемого сооружения, м;

а + 2r_сх — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне защищаемого соору­жения, м;

а + 2r_с — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне земли, м.

Ожидаемое количество поражений (N) молнией в год производится по формулам:

— для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

где h_x — наибольшая высота здания или сооружения, м;

п — среднегодовое число ударов молнии в 1 км земной поверхности в месте нахождения здания или сооружения (т. с. удельная плотность ударов молнии в землю), 1/(км²тод), определяется по таблице 2;

— для зданий и сооружений прямоугольной формы

где А и В — длина и ширина здания или сооружения, м.

Примечание. Если здание и сооружение имеют сложную конфигурацию, то А и В это стороны прямоугольника, в который вписывается на плане защищаемый объект.

Таблица 1. Расчетные формулы молниеотводов при h < 150м

Зона А	Зона Б
1	2
Одиночные стержневые молниеотводы (рис. 1)
Двойные стержневые молниеотводы одинаковой высоты (рисунок 2)
Молниеотводы рассматривать как одиночные	Молниеотводы рассматривать как одиночные
Двойные стержневые молниеотводы разной высоты (рис. 3)
Габаритные размеры торцевых областей зон защиты h01, h02, r01, r02, rx1, rx2, определяются как для одиночных стержневых молниеотводов. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам Значения hc1 и hc2 определяются как для двойных стержневых молниеотводов одинаковой высоты
Многократные стержневые молниеотводы (рис. 4)
Зона защиты строится посредством попарно взятых соседних стрежневых молниеотводов. Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой с надежностью зон А или Б является rсх > 0
Одиночные тросовые молниеотводы (рис. 5)
Двойные тросовые молниеотводы одинаковой высоты (рис. 6)
	L > 6h рассматривать как одиночную
Двойные тросовые молниеотводы разной высоты (рис. 7)
Значения h01, h02, r01, r02, rx1, rx2, определяются по формулам одиночных торосовых молниеотводов. Для определения размеров rс и hc используются формулы Значения hс1, hс2, r’x1, r’x2, rсх – вычисляются по выше приведенным формулам двойного тросового молниеотвода

Примечание. Для одиночного тросового молниеотвода h – это высота троса в середине пролета. С учетом провеса троса сечением 35-50 мм² при известной высоте опор (h_оп) и длине пролета (а) высота троса (в метрах) определяется по формулам

Рисунок 1 – Зона одиночного стержневого молниеотвода

Таблица 2. Зависимость n = F(t_cp)

tcp, ч/год	10-20	21-40	41-60
n, 1/(км2∙год)	1	2	4
tcp, ч/год	61-80	81-100	101 и более
n, 1/(км2∙год)	5,5	7	8,5

Примечание. t_ср – среднегодовая продолжительность гроз, ч/год. Определяется по картам, составленным на основании метеосводок за 10 лет.

Рисунок 2 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода равной высоты

Рисунок 3 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода разной высоты

Рисунок 4 – Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода

Рисунок 5 – Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

Рисунок 6 – Зона защиты двойного тросового молниеотвода

Рисунок 7 – Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты