Зоны защиты стержневых молниеотводов

Зоной защиты молниеотвода называется пространство в близи молниеотвода, вероятность попадание молнии в которое не превышает заданной достаточно малой величины. При этом характеристикой надёжности защиты является вероятность непопадания молнии в объект Р _З.

Следует заметить, что все выражения, рекомендуемые в нормативных производственных изданиях для расчёта параметров зон защиты, получены на основании обширных лабораторных исследований и не могут быть строго доказаны. Однако надежность этих выражений подтверждается многолетним опытом эксплуатации защит от ПУМ, рассчитанных на их основе.

Таблица П3.1

Параметры зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Р З	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h 0, м	Радиус конуса r 0, м
0,9	От 0 до 100	0,85 h	1,2 h
От 100 до 150	0,85 h	[1,2 – 10–3·(h –100)] h
0,99	От 0 до 30	0,8 h	0,8 h
От 30 до 100	0,8 h	[0,8–1,43·10–3(h –30)] h
От 100 до 150	[0,8–10–3(h –100)] h	0,7 h
0,999	От 0 до 30	0,7 h	0,6 h
От 30 до 100	[0,7–7,14·10–4·(h –30)] h	[0,6–1,43·10–3(h –30)] h
От 100 до 150	[0,65–10–3(h –100)] h	[0,5–2·10–3·(h –100)] h

 

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h ₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. П3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h ₀и радиусом конуса на уровне земли r ₀, для нахождения которых при требуемой надёжности защиты Р _З следует воспользоваться соответствующими расчётными формулами (табл. П3.1). Объект высотой h _x считается защищённым от ПУМ с надёжностью Р _З, если его удалённость от молниеотвода не превысит величины r _x, определяемой по формуле

.

 

Рис. П3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельного значения L_max. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода одинаковой высоты (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. П3.2. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h ₀, r ₀) производится по формулам для одиночных стержневых молниеотводов (см. табл. П3.1). Размеры внутренних областей определяются параметрами h ₀ и h _с, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй – минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При определенном расстоянии L < L _с граница зоны не имеет провеса (h _с = h ₀). Для расстояний L _с ≤ L ≤ L _max высота провеса h _с определяется по формуле

.

Входящие в данное выражение предельные расстояния L _си L _max вычисляются по эмпирическим формулам из табл. П3.2, пригодным для молниеотводов высотой не более 150 метров.

Рис. П3.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода одинаковой высоты

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, одинаковым для всех уровней надежности защиты:

– максимальная полуширина зоны r _x в горизонтальном сечении на высоте h_x:

;

 

 

– длина горизонтального сечения l_x на высоте h _x ≥ h _с:

,

причем при h _x < h _с

l_x = L/2;

– ширина горизонтального сечения по середине между молниеотводами 2 r_cx на высоте h_x < h _с:

.

 

Параметры зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Р З	Высота молниеотвода h, м	L max, м	L с, м
0,9	От 0 до 30	5,75 h	2,5 h
От 30 до 100	[5,75–3,57·10–3(h –30)] h	2,5 h
От 100 до 150	5,5 h	2,5 h
0,99	От 0 до 30	4,75 h	2,25 h
От 30 до 100	[4,75–3,57·10–3(h –30)] h	[2,25–0,0107(h –30)] h
От 100 до 150	4,5 h	1,5 h
0,999	от 0 до 30	4,25 h	2,25 h
От 30 до 100	[4,25–3,57·10–3(h –30)] h	[2,25–0,0107(h –30)] h
От 100 до 150	4,0 h	1,5 h

 

 

Зоны защиты многократного стержневого молниеотвода.

Для защиты объектов и сооружений, находящихся на значительной площади (например, ОРУ электрических станций и подстанций), экономически целесообразно применять несколько молниеотводов. Принято считать, что при совместном действии группы молниеотводов общая зона защиты охватывает определенную область, которая оказывается больше суммарных зон защиты такого же количества одиночных молниеотводов или объединенных в пары. Данное положение, основанное на экспериментальных лабораторных исследованиях, может привести к существенному уменьшению количества молниеотводов, однако и надёжность многократного молниеотвода может оказаться несколько ниже.

Рис. П3.3. Зоны защиты трёх- (а) и четырёхстержневого молниеотвода (б)

 

При расчете молниезащиты многократного молниеотвода рекомендуется формировать группы из трех и четырех соседних молниеотводов (рис. П3.3). У каждой группы внешняя граница зоны защиты строится как для попарно взятых соседних молниеотводов. Внутренняя область на высоте h_x считается охваченной зоной защиты, если выполняется неравенство r_cx > 0для всех попарно взятых молниеотводов. При этом выбранная группа может рассматриваться как многократный стержневой молниеотвод.

В ранее используемых методиках расчёта условие защищённости внутренней области группы молниеотводов определялось неравенством (h – h_x) ≥ D/ 8 (где D – большая диагональ четырёхугольника или диаметр окружности, описанной вокруг треугольника, в вершинах которых расположены молниеотводы).