14.3. Расчет зон защиты молниеотводов

Зона защиты молниеотвода – это часть пространства, внутри которого здание, сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты типа А обеспечивает надежность 99,5%, зона защиты типа Б -. 95 %.

Определение необходимого типа зоны защиты. Тип зоны защиты определяется исходя из ожидаемого количества (N) поражений молнией в год зданий и сооружений. Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией в год производится по формулам:

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

N = 9 h²  n  10^-6; (14.1)

• для зданий и сооружений прямоугольной формы

N = [(S + 6h)(L + 6h) - 7,7h²] n  10^-6, (14.2)

где h - наибольшая высота здания или сооружения, м;

S, L - соответственно ширина и длина здания или сооружения, м;

n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.

Для зданий и сооружений сложной конфигурации в качестве S и L принимаются ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане.

Среднегодовая продолжительность гроз определяется по табл.14.2, 14.3.

Таблица 14.2

Среднегодовая интенсивность грозовой деятельности

для некоторых районов СНГ

Наименование городов, районов	Сред­не­го­до­вая продол- жи­тель­ность гроз, ч
Мур­манск, Ха­тан­га, п/о Чу­кот­ский, п/о Кам­чат­ка, о.Са­ха­лин, Ма­га­дан, п/о Ман­гыш­лак, Крас­но­водск	до 10
Ар­хан­гельск, На­дым, Но­вый Урен­гой, Вла­ди­во­сток, Аш­ха­бад, Са­мар­канд, Таш­кент, Кзыл-Ор­да, Ба­ку	от 10 до 20
Ри­га, Пет­ро­за­водск, Мо­ск­ва, Яро­славль, Ух­та, Сур­гут	от 20 до 40
Грод­но, Нов­го­род, Ка­ли­нин, Ту­ла, Ря­зань, Ко­ст­ро­ма, Пен­за, Вол­го­град, Рос­тов-на-До­ну, Тю­мень	от 40 до 60
Львов, Минск, Ки­ев, Ки­ши­нев, Пол­та­ва, Брянск, Орел, Смо­ленск, Во­ро­неж, Краснодар, Тбилиси	от 60 до 100
Ужгород, Дрогобыч, Запорожье, Харьков, Ворошиловград, Сухуми	от 80 до 100
Майкоп, Ереван	более 100

Для произвольного пункта на территории РФ удельная плотность ударов молнии в землю n определяется исходя из среднегодовой продолжительности гроз в часах.

Таблица 14.3

Среднегодовая продолжительность гроз, ч	Удельная плотность ударов молнии n в год на 1 км2
10—20	1
20—40	2
40—60	4
60—80	5,5
80—100	7
100 и более	8,5

14.3.1. Зоны защиты молниеотводов

Одиночный стержневой молниеотвод. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. 3), вершина которого находится на высоте h₀ < h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_х представляет собой круг радиусом r_x.

Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h  150 м имеют следующие габаритные размеры:

Зона А: h₀ = 0,85  h; r₀ = (1,1 - 0,002  h)  h;

r_x = (1,1 - 0,002  h) (h - h_x / 0,85) (14.3)

Зона Б: h_о= 0,92  h; r_o= 1,5  h; r_x = 1,5  (h - h_x / 0,92)

Рис.14.3. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

1-граница зоны защиты на уровне h_x;

2-граница зоны защиты на уровне земли

Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h_x и r_x может быть определена по формуле:

(14.4)

Двойной стержневой молниеотвод. Двойными считаются молниеотводы, находящиеся на расстоянии L  5h; между ними образуется общая зона защиты. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода одинаковой высоты (h  150 м) показана на рис. 14.4. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов по формулам п. 1 для обоих типов зон защиты.

Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода одинаковой высоты имеют следующие габариты:

Зона А:

при L  h h_c = h_o; r_cx= r_x; r_c=r_o; (14.5)

при h L 2 h h_c = h_o- (0,17 + 3 ^. 10^-4h)(L - h); (14.6)

r_cx = r_o ; r_c = r_o:

при 2h L 4h; h_c=h₀(0,17+310^4h)(Lh);

r_c=r₀ ; (14.7)

r_cx=r_c(h_c-h_x)/h_c.

Рис.14.4. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода:

1-граница зоны защиты на уровне h_x1; 2-граница зоны защиты на уровне h_x2;

3-граница зоны защиты на уровне земли

Зона Б:

при L  h: h_c = h_o; r_cx= r_x; r_c=r_o; (14.8)

при (14.9)

При известных h_с и L (при r_cх = 0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле:

h = . (14.10)

Зона защиты стержневых молниеотводов разной высоты h₁ и h_o150 м представлена на рис. 14.5.

Зона А существует при L  4h_min ,

зона Б - при L  6h_min.

Рис.14.5. Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты:

1-граница зоны защиты на уровне h_x1; 2-граница зоны защиты на уровне h_x2;

3-граница зоны защиты на уровне земли

Торцевые области определяются как зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты. Остальные размеры зоны определяются по формулам:

r_c = ; h_c = ; r_cx = r_c ,

где h_с1 и h_с2 для обоих типов зон защиты вычисляются по формулам для h_c.