Молниязащита

В современной практике молниезащиты используют следующие типы молниеотводов: стержневые рисунке 1; тросовые или  антенные на рисунке 2а и сетчатый на рисунке 2б. Кроме того, для комплексной  защиты сооружений в ряде случаев  применяют комбинированные типы молниеотводов например тросово-стержневые на рисунке 2в благодаря простоте изготовления и дешевизне получили наибольшее распространение стержневые молниеотводы, обеспечивающие высокую надежность в эксплуатации.

Хотя тросовые молниеотводы, и не уступают стержневым по своим экономическим  показателям, с точки зрения эксплуатации они являются менее надежными  и используются лишь для защиты весьма протяженных объектов. 
Сетчатые молниеотводы, обладающие достаточно высокой степенью надежности, широко применяются при защите сооружений III категории. В ряде случаев они по своим экономическим показателям (сравнительно небольшой расход металла, отсутствие железобетонных конструкций, простота изготовления, монтажа и эксплуатации) превосходят стержневые и тросовые молниеотводы и 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).

В зависимости от конструктивных особенностей и назначения защищаемого объекта, а также местных условий стержневые и тросовые молниеотводы могут выполняться  как отдельно стоящими, так и установленными на защищаемом сооружении.

 
 
Рисунок  2. Тросовый и сетчатый молниеотводы

При этом по характеру взаимодействия стержневые и тросовые молниеотводы разделяются на одиночные, двойные  и многократные (количество взаимодействующих  молниеотводов не менее трех, расположенных  не на одной прямой).

 
 
Рисунок 1. Стержневой отдельно стоящий  молниеотвод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Параметры токов молнии

 

Параметры токов молнии необходимы для расчета  механических и термических воздействий, а также для нормирования средств  защиты от электромагнитных воздействий.

 

 4.1 Классификация воздействий токов молнии

Для каждого  уровня молниезащиты должны быть определены предельно допустимые параметры  тока молнии. Данные, приведенные в  нормативе, относятся к нисходящим и восходящим молниям.

Соотношение полярностей разрядов молнии зависит  от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимают  это соотношение равным 10% для  разрядов с положительными токами и 90% для разрядов с отрицательными токами.

Механические  и термические действия молнии обусловлены  пиковым значением тока I, полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Qимп и удельной энергией W / R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются  при положительных разрядах.

Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30%-ного и 90%-ного уровней от наибольшего  значения тока. Наибольшее значение этого  параметра наблюдается в последующих  импульсах отрицательных разрядов.

 

 4.2 Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии

Значения  расчетных параметров для принятых в табл. 2.2 уровней защищенности (при  соотношении 10% к 90% между долями положительных  и отрицательных разрядов) приведены  в таблице 4

 

                                                                                                 Т а б л и ц а  4

Соответствие  параметров токов молнии и уровней  защиты

 

Параметр молнии	Уровень защиты
	I	II	III, IV
Пиковое значение тока I, кА	200	150	100
Полный заряд Qполн, Кл	300	225	150
Заряд в импульсе Qимп, Кл	100	75	50
Удельная энергия W / R, кДж/Ом	10000	5600	2500
Средняя крутизна di/dt30/90%, кА/мкс	200	150	100

 

 

 4.3  Плотность ударов молнии в землю

Плотность ударов молнии в землю, выраженная через  число поражений 1 кв. км земной поверхности  за год, определяется по данным метеорологических  наблюдений в месте размещения объекта.

Если  же плотность ударов молнии в землю Ng неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1/(кв. км x год):

 

                    Ng = 6,7 x Тd / 100                                                                    (1)                      

 

где Тd - средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.

 

 4.4 Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий молнии

Кроме механических и термических воздействий ток  молнии создает мощные импульсы электромагнитного  излучения, которые могут быть причиной повреждения систем, включающих оборудование связи, управления, автоматики, вычислительные и информационные устройства и т.п. Эти сложные и дорогостоящие  системы используются во многих отраслях производства и бизнеса. Их повреждение  в результате удара молнии крайне нежелательно по соображениям безопасности, а также по экономическим соображениям.

Удар  молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных промежутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток. Параметры импульса тока первого компонента существенно  отличаются от характеристик импульсов  последующих компонентов. Ниже приводятся данные, характеризующие расчетные  параметры импульсов тока первого  и последующих импульсов в  таблицах 5 и 6, а также длительного  тока в таблице 7 в паузах между  импульсами для обычных объектов при различных уровнях защиты.

 

                                                                                              Т а б л и ц а  5               Параметры первого импульса тока молнии

 

Параметр тока	Уровень защиты
	I	II	III, IV
Максимум тока I, кА	200	150	100
Длительность фронта T1, мкс	10	10	10
Время полуспада T2, мкс	350	350	350
Заряд в импульсе Qсум , Кл	100	75	50
Удельная энергия в импульсе W / R , МДж/Ом	10	5,6	2,5

                                                                                                     

 

                                                                                                      Т а б л и ц а 6

Параметры последующего импульса тока молнии

 

Параметр тока	Уровень защиты
	I	II	III, IV
Максимум тока I, кА	50	37,5	25
Длительность фронта T1, мкс	0,25	0,25	0,25
Время полуспада T2, мкс	100	100	100
Средняя крутизна a, кА/мкс	200	150	100

 

                                                                                               

 

 

                                                                                                         Т а б л и ц а  7

Параметры длительного тока молнии в промежутке между импульсами

 

Параметр тока	Уровень защиты
	I	II	III, IV
Заряд Qдл , Кл	200	150	100
Длительность T, с	0,5	0,5	0,5

 

Средний ток приблизительно равен Qдл / T.

Форма импульсов тока определяется следующим выражением:

                

          i(t) = [I(t / тау1)   x exp(-t / тау2)]  / h x [1 + (t / тау1) ]                        (2)                          

        где:

I - максимум тока;

h - коэффициент, корректирующий  значение максимума тока;

t - время;

тау1 - постоянная времени для фронта;

тау2 - постоянная времени для спада.

Значения параметров, входящих в  формулу 2, описывающую изменение  тока молнии во времени, приведены в  таблице 8

                                                                                                   

    

                                                                                                         Т а б л и ц а 8

Значение параметров для расчета  формы импульса тока молнии

 

Параметр	Первый импульс			Последующий импульс
	уровень защиты			уровень защиты
	I	II	III, IV	I	II	III, IV
I, кА	200	150	100	50	37,5	25
h	0,93	0,93	0,93	0,993	0,993	0,993
тау1, мкс	19,0	19,0	19,0	0,454	0,454	0,454
тау2, мкс	485	485	485	143	143	143

 

 

 

 

 

 

5 Классификация зданий  и сооружений по устройству  молниезащиты

Классификация объектов определяется по опасности  ударов молнии для самого объекта  и его окружения.

Непосредственное  опасное воздействие молнии - это  пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения  электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут  быть взрывы и выделение опасных  продуктов - радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.