Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитная система - МЗС) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС). В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молниезащиты.

Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов) или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.

Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта.

Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле.

Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. В случае специального изготовления их материал и сечения должны удовлетворять требованиям таблицы 1.3.

Таблица 1.3 - Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Уровень защиты	Материал	Сечение, мм2
молниеприемника	токоотвода	заземлителя
I-IV	Сталь
I-IV	Алюминий			Не применяется
I-IV	Медь

Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рисунок 1.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом конуса на уровне земли r₀.

Приведенные ниже расчетные формулы (таблица 1.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рисунок 1.1 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для зоны защиты требуемой надежности (рисунок 1.2) радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x определяется по формуле:

(1.1)

Таблица 1.4 - Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Рз	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	От 0 до 100	0,85h	1,2h
От 100 до 150	0,85h	[1,2-10-3(h-100)]h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,8h
От 30 до 100	0,8h	[0,8-1,43×10-3(h-30)]h
От 100 до 150	[0,8-10-3(h-100)]h	0,7h
0,999	От 0 до 30	0,7h	0,6h
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

Расчет внешней молниезащитной системы

Методика расчета молниезащиты зданий и сооружений

Исходные данные

1. Тип объекта.

2. План на местности с расположенными зданиями и сооружениями.

3. Размеры зданий и сооружений: длина, высота, ширина, расстояния между ними.

Порядок расчета

1. Определение класса объектов по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения (таблица 1.1).

2. Выбор уровня и надежности защиты от ПУМ (таблица 1.2).

3. Определение комплекса средств молниезащиты зданий и сооружений:

- устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитная система (МЗС).

4. Расчет внешней МЗС:

4.1. Выбор материала и минимальных сечений элементов внешней МЗС (таблица 1.3).

4.2. Выбор вида и количества молниеприемников:

- одиночных стержневых молниеотводов;

- групповых стержневых молниеотводов;

4.3. Выбор места расположения молниеотводов.

Рисунок 2.1 - Отдельно стоящий стержневой молниеотвод:
1 - защищаемый объект; 2 - металлические коммуникации

Наименьшее допустимое расстояние Sв по воздуху от защищаемого объекта до опоры (токоотвода) стержневого (см. рисунок 2.1) определяется в зависимости от высоты здания, конструкции заземлителя и эквивалентного удельного электрического сопротивления грунта ρ, Ом·м.

Для зданий и сооружений высотой не более 30 м наименьшее допустимое расстояние Sв, м, равно:

- при ρ < 100 Ом·м для заземлителя любой конструкции Sв = 3 м;

- при 100< ρ < 1000 Ом·м:

· для зданий и сооружений большой высоты определенное выше значение Sв должно быть увеличено на 1 м в расчете на каждые 10 м высоты объекта сверх 30 м.

4.4. Предварительный выбор высоты молниеотводов, h, м.

4.5. Расчет зоны защиты одиночного или двойного молниеотвода.

4.6. Построение зон защиты на плане.

4.7. Проверка защищенности объектов.

Пример расчета молниезащиты зданий и сооружений

Исходными данными для расчета молниезащиты являются размеры и расположение зданий:

- автомобильный бокс «Б» – высота – 3,5 м, ширина – 6,51 м, длина – 30,24 м;

- автомобильный бокс «Б1» – высота – 3,5 м, ширина – 6,49 м, длина – 12,48 м;

- автомобильный бокс «В» – высота – 3,5 м, ширина – 6,4 м, длина – 26 м.

Для рассматриваемых объектов принимаем допустимый уровень надежности защиты от ПУМ равным 0,9, что соответствует III уровню защиты.

Для III уровня защиты принимаем в качестве материала для внешней МЗС сталь следующих минимальных размеров:

- молниеприемник - сечением 50 мм²;

- токоотвод - сечением 50 мм².

В качестве молниеприёмника для внешнего МЗС принимаем сетчатые проводники (сетку), выполненную из арматуры диаметром 10 мм.

Для внешней МЗС выбираем расположение токоотводов при неизолированном устройстве молниезащиты. Токоотводы распологаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше 20м.

Токоотводы соединяют горизонтальными поясами вблизи поверхности земли. При этом они закрепляются на поверхности стены.

Расчёт молниезащиты производится для тройного стержневого молниеотвода.

1. Принимаем высоту молниеотводов h=10 м и располагаем их на расстояниях L1,2=40м, L2,3=52м, L3,1=30м.

2. В соответствии с [2] для уровня защиты 0,9 и молниеотвода до 30м определяем:

- предельную величину Lmax= 5,75h=57,5м;

- расстояние между стержнями молниеприёмников L₀=2,5h=25м.

3. Для принятого расположения молниеотводов L<L₀ в соответствии с [2] граница зоны защиты не имеет провеса т.к. hc=h0 .

4. Определяем:

- максимальную полуширину зоны защиты rx в горизонтальном сечении на высоте hx для гаражных боксов 1, 2 и 3

,

где r0=1,5h=37,5м;

h0=0,87h=21,75м.

На рисунке 2.2 показаны зоны защиты тройного стержневого молниеотвода гаражных боксов.

Рисунок 2.2 - Зоны защиты тройного стержневого молниеотвода гаражных боксов

Варианты заданий

Задача 1

Разработать внешнюю МЗС для комплекса из двух зданий, отнесенных к обычным объектам. МЗС выполнить с помощью одиночного стержневого молниеотвода.

Исходные данные:

1. Требуемый уровень надежности защиты от ПУМ – IV.

2. Размеры зданий:

- первое ориентировано шириной на север – 10х5х4 м;

- второе ориентировано шириной на восток – 6х3х3.

3. Расстояние между зданиями – 10 м.

По результатам расчета построить зону защиты одиночного молниеотвода в двух проекциях: вид спереди и сверху.

Задача 2

Разработать внешнюю МЗС для комплекса из двух зданий, отнесенных к обычным объектам. МЗС выполнить с помощью двойного стержневого молниеотвода.

Исходные данные:

1. Требуемый уровень надежности защиты от ПУМ – III.

2. Размеры зданий:

- первое ориентировано шириной на северо-восток – 15х4х6 м;

- второе ориентировано шириной на юго-восток – 8х4х3.

3. Расстояние между зданиями – 15 м.

По результатам расчета построить зону защиты одиночного молниеотвода в проекциях: вид спереди и сверху.

Задача 3

Разработать внешнюю МЗС для комплекса из двух зданий, отнесенных к обычным объектам. МЗС выполнить с помощью двойного стержневого молниеотвода.

Исходные данные:

1. Требуемый уровень надежности защиты от ПУМ – III.

2. Размеры зданий:

- первое ориентировано шириной на северо-восток – 15х4х6 м;

- второе ориентировано шириной на юго-восток – 8х4х3.

3. Расстояние между зданиями – 15 м.

По результатам расчета построить зону защиты одиночного молниеотвода в проекциях: вид спереди и сверху.

Задача 4

Разработать внешнюю МЗС для комплекса из двух зданий, отнесенных к обычным объектам. МЗС выполнить с помощью двойного тросового молниеотвода.

Исходные данные:

1. Требуемый уровень надежности защиты от ПУМ – II.

2. Размеры зданий:

- первое ориентировано шириной на запад – 16х5х4 м;

- второе ориентировано шириной на юго-восток –9х4х3.

3. Расстояние между зданиями – 16 м.

По результатам расчета построить зону защиты двойного тросового молниеотвода в проекциях: вид спереди и сверху.

Задача 5

Разработать внешнюю МЗС для здания, отнесенного к обычным объектам. МЗС выполнить с помощью замкнутого тросового молниеотвода, который расположить на крыше здания.

Исходные данные:

1. Требуемый уровень надежности защиты от ПУМ – II.

2. Здание ориентировано на север.

3. Размер здания – 20х8х15 м;

По результатам расчета построить зону защиты одиночного молниеотвода в проекциях: вид спереди и сверху.