Воздействия молнии при ударе в здания и сооружения подразделяются на первичные, вызванные прямым попаданием, и вторичные, связанные с её разрядами, или вносимые в объект через протяженные металлоконструкции и проводящие коммуникации (трубы, провода, кабели). В зависимости от степени тяжести повреждений при воздействии молнии строительные объекты делятся на 3 категории: производственные помещения, где возможно возникновение взрывов и пожаров, здания, где взрывы могут возникнуть в случае совпадения удара молнии и аварийной ситуации, и, наконец, остальные объекты, где материальный ущерб будет минимальным. В каждом случае молниеотводы рассчитываются индивидуально с учетом особенностей конкретного объекта.
Конструкция и виды
К средствам защиты от прямого удара молний относятся молниеотводы, состоящие из молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Молниеотвод обеспечивает защиту от прямого удара молнии определенного участка, называемого зоной молниезащитой. В простейшем случае радиус такого участка рассчитывают следующим образом:
R = 1,732 h, где h – расстояние от пика молниеотвода до самой высокой точки защищаемого объекта (крыши здания)
На практике же зона молниезащиты рассчитывается с учетом множества дополнительных факторов, включая:
- категорию молниезащиты;
- удельную плотность ударов молнии в зависимости от региона;
- возможное поражение объекта молниями;
- расстояние от защищаемых объектов до опоры молниеотвода и др.
Для молниезащиты применяют 2 типа молниеотводов: стержневой и тросовый. Все элементы молниезащиты зданий и сооружений изготавливаются на заводе металлоконструкций в соответствии с данными заказчика, т.е. с расчетными данными, полученными для конкретных объектов защиты.
Зоны молниезащиты
Зоны, где обеспечивается защита от прямого удара молнии, делятся на 2 типа:
- А – защита не менее 99,5%.
- Б – защита не менее 95%.
Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода
В данном случае зона защиты имеет форму конуса, вершина которого расположена на высоте h0 < h, а основание – круг радиусом r0 на уровне земли, где установлено защитное устройство. При расчетах учитывают следующее:
- При h (высоте самого молниеотвода) до 150 м: h0 = 0,85 h, r0 = (1,1 – 0,002h)h для зоны А; h0 = 0,92h, r0 = 1,5/h.
- При h от 150 до 600 м: h0 = (0,85 – 1,7 x 10ˉ³(h – 150)h, r0 = (0,8 – 1,8 x 10ˉ³(h – 150)h для зоны А; h0 = (0,92 – 0,8 x 10ˉ³ (h – 150)h, r0 принимают равным 225 м.
Также могут применяться и двойные, многократные стержневые молниеотводы различной конфигурации (одинаковая и различная высота, расстояние между устройствами молниезащиты).
Расчет зоны защиты тросового молниеотвода
Тросовые молниеотводы, в отличие от стержневых, имеют ряд особенностей, которые учитываются при расчете – расстояние между опорами, на которых закреплен трос, и провес самого троса, его сечение. Если длина пролета до 120 м, то h = h0 – 2, где h – высота от земли до середины троса с учетом стрелы провисания, h0 – высота опор. При длине пролета от 120 до 150 м h = h0 – 3.
Расчет зоны защиты осуществляется по следующим формулам:
- Для зоны А: h0 = 0,85h, r0 = (1,35 – 0,0025h)h.
- Для зоны Б: h0 = 0,92h, r0 = 1,7h.
Помимо перечисленных выше величин для обоих устройств молниезащиты также рассчитывают значение rx – радиус зоны защиты, полученный путем отображения на плоскости точек пересечения зоны защиты на высоте защищаемого здания или сооружения (hx). Иначе говоря, это нормали к сечению конуса зоны защиты на уровне высоты здания и сооружения. Для получения данного радиуса сначала определяют расстояние и высоту молниеотвода, строят конус с учетом радиуса зоны защиты на основе высоты молниеотвода, проводят линию пересечения конуса прямой, параллельной земле, расположенной на высоте здания. В точке пересечения этой линии и конуса проводят перпендикулярные линии к земле.
Последовательность типового расчета молниеотводов
На основании исходных данных расчет молниеотвода осуществляется в несколько этапов:
- Определяется категория здания или сооружения.
- По табличным данным определяется плотность ударов молний, прогнозируемое количество поражений объекта.
- Выбор типа молниезащиты и расстояния от места установки до объекта с обоснованием выбранных данных.
- Расчет высоты и радиуса зоны защиты, радиуса зоны защиты на высоте защищаемого здания или сооружения.
Молниеотводы – металлоконструкции, в обязательном порядке необходимые для защиты объектов от прямого попадания молнии и связанных с этим явлением опасностей. Поэтому при строительстве обязательно предусматриваются защитные конструкции требуемого типа. Расчет проводится по типовым формулам с учетом табличных данных, поэтому особых сложностей представлять не должен. Правильно выполненный расчет позволит минимизировать риск попадания молнии, что, соответственно, позволит свести к минимуму вероятность возгорания, повреждения аппаратуры, техники и оборудования в защищаемых объектах.
