Практика выбора молниезащиты

Необходимость учитывать воздействие электромагнитного поля на работу электрических устройств вынуждает проектировщиков при расчёте молниезащиты использовать молниеприёмники, минимально возвышающиеся над защищаемыми зданиями. В противном случае не удастся избежать частых ударов молнии в расположенные близко друг с другом объекты. В результате которых в зоне защиты возбуждается сильнейшее электромагнитное поле.

Можно привести множество примеров неблагоприятного воздействия электромагнитных полей на работу техники. Под их влиянием происходят короткие замыкания в распредустройствах подстанций, что может привести к полному выгоранию кабелей. При коротком замыкании и одновременно поврежденном контуре заземления образуется повышенный потенциал на заземляющем устройстве.

Именно электромагнитной совместимостью определяется возможность одновременной работы двух электрических приборов без появления сильно влияющих на их работу помех. Помимо ударов молнии и перенапряжения их источником являются переходные процессы в электрических сетях, статическое электричество и многое другое. Большинство ученых пришли к выводу, что решить эту задачу полностью не представляется возможным. Поскольку нельзя учесть при расчётах все возможные источники, которые могут выдавать помехи, влияющие на работу электрических механизмов.

Максимального снижения высоты можно добиться за счёт использования мультитроссовых и стержневых молниеприёмников. При этом следует иметь в виду то обстоятельство, что проектирование защиты от молнии по зонам защиты вести невозможно.

В данном случае общий объём пространства находящегося под защитой системы молниеотводов будет значительно больше нежели сумма объемов защиты каждого из молниеприёмников взятых по отдельности. Достоверная оценка защитного эффекта при использовании мультитросовой и мультистержневой системы молниеприёмников стала одной из основных причин создания статистической методики. В соответствии с нормами, приведенными в зарубежных и отечественных документах, для зон защиты молниеприёмников приведены надёжности защиты Pз, которую они обеспечивают. При этом вероятность прорыва молнии в зоне защиты Pпр будет равна:

При этом может возникнуть вопрос о том, насколько точно можно судить о надёжности работы какого-либо электрического устройства во время грозы по найденному значению вероятности прорыва.

Получить определённый ответ в этом случае вряд ли удастся. Для этого необходимо знать общее количество ударов молнии, которые перехватят молниеотводы. Это второй по значимости параметр в расчётах. Зная его можно определить ожидаемое число ударов молнии на протяжении определённого времени. После чего можно будет сделать объективные выводы о том, насколько опасным будет воздействие грозовых разрядов на объект.

В данной ситуации на первый план выходят преимущества, которые дает статистическая методика расчёта молниезащиты. Поскольку она даёт возможность получать точные значения этих величин, а не заниматься их оценкой по зонам защиты, которая заведомо не может быть точной из-за погрешности.

Не смотря на явные преимущества, которые дает применение статистической методики, будет большой ошибкой считать её идеальной. Алгоритмы расчёта, используемые на сегодняшний день сложно назвать безупречными из-за невозможности избегнуть некоторых упрощений. Тем не менее этот метод позволяет отобразить статистическую природу формирования молнии.

Статистическая методика может быть в значительной мере усовершенствована. В нее должен быть введена величина заряда, переносимого каналом молнии. Поскольку от этого зависит электрическое поле молнии и соответственно стартовые условия встречного заряда, который определяет высоту ориентировки.

В конечном итоге это даст зависимость высоты ориентировки молнии от её тока. Этот вывод можно получить из всех имеющихся на сегодняшний день предположений об главной стадии молнии. По которым существует взаимосвязь между зарядом лидера, током молнии и потенциалом.

Таким образом можно вывести следующую функциональную связь, которая с большой точностью может быть заменена полиномом.

Рисунок 1. Зависимость между током главной стадии молнии и зарядом головки канала молнии

Учитывая предположение об линейной зависимости высоты ориентировки от потенциала лидера получим

Исходя из зависимости, изображенной на рис 2 можно сделать вывод о том, что в значимом для практического применения диапазоне высота ориентировки растёт вместе с увеличением тока молнии. При этом величина Ho ≈ 12h может быть достигнута при очень больших токах молнии с амплитудой до 200 кА.