Как построить молниезащиту по стандарту МЭК?

Выбор молниеотводов в стандарте МЭК

Существуют два независимых друг от друга способа, определения зон защиты в соответствии нормативным документом МЭК 62305. Это:

определение зоны защиты в соответствии с углом α;
метод катящейся сферы.

В статье будут рассмотрены оба эти варианты, а также особенности использования грозозащитных сеток.

Определение защищенных зон в соответствии с углом α

При проектировании выбор молниеотводов осуществляется на основании расчёта зон защиты. Считается, что объект надёжно защищён в том случае, если он полностью находится в пределах зоны защиты молниеотвода. При использовании молниеотводов в форме стержня, его зону защиты представляют в форме конуса. Внутри которого находится защищаемый объект. Величина угла зависит от высоты молниеприёмника, зафиксированного на ровной плоскости вблизи защищаемого объекта. Высоту молниеотвода отсчитывают от начала защищаемой поверхности.

Рисунок 1. Уровни внешней молниезащиты по углу защиты

Предполагается, что существует некая зависимость изменения углов защиты от изменения высоты установки молниеотвода. Тут уровням молниезащиты 1, 2, 3, 4 соответствуют значения надёжности защиты: 0.98, 0.95; 0.9; 0.8 Техника проведения расчётов защитного угла в нормативном документе МЭК 62305 не освещается. Для выбора угла защиты предлагается воспользоваться данными из таблиц. Основания для выбора определённых углов защиты и соответствие их накопленному опыту реальной эксплуатации молниеотводов различных конструкций достоверно неизвестны. Как и неизвестны результаты проведенных опытов, предшествовавших получению этих данных.

Единственной на сегодняшний день достоверной информацией являются данные накопленные СИГРЭ для ВЛЭП. Касаются они довольно небольшого диапазона высот и набольших расстояний подвески тросового молниеотвода над защищаемым проводом. Однако использование этих данных для предлагаемых ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 методик представляет определённые трудности.

В соответствии с методом защитного угла, можно достоверно определить зону защиты только в пределах заранее заданных значений возвышения молниеприёмника над плоскостью где находится объект, подлежащий защите.

На практике это означает, что, если высота молниеотвода будет равной 20 м, мы получим надёжность 0.98. Этому значению будет соответствовать молниезащита 1-го уровня. При этом угол защиты будет равняться 22.5. Следовательно, надёжно защищенными от удара последствий удара молнии можно считать объекты, лежащие на расстоянии не более 8.3 метров от молниеотвода. Насколько эффективной будет молниезащита если увеличить высоту молниеотвода к примеру, до 20.5 метров, стандарт IEC 62305 ответа не даёт.

Метод катящейся сферы

При использовании метода катящейся сферы границы защищаемой зоны будут определяется исходя из следа, оставленного сферой определённого радиуса в том случае, если бы она прокатилась вокруг стержневого молниеотвода, как это изображено на рис.2.

Рисунок 2. Молниезащита по методу катящейся сферы

Теперь рассмотрим чертёж, изображенный на рисунке 3. На нем видно то, насколько зоны защиты, рассчитанные разными способами, не совпадают. К примеру, на высоте 30 метров радиус защиты, рассчитанный при помощи метода катящейся сферы будет существенно меньше радиуса найденного с применением метода угла защиты.

Рисунок 3. Сравнение метод расчета молниезащиты

На уровне земли наблюдается прямо противоположная ситуация. Найти на этот счёт какие-либо пояснения в стандарте, определяемом ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 не представляется возможным. При использовании в подобной ситуации метода катящейся сферы получить какие-либо внятные пояснения также не получится. Если сделать высоту молниеотвода выше, чем радиус катящейся сферы, то это не окажет абсолютно никакого влияния на размеры зоны защиты.

Посмотрим, какие из достаточно изученных особенностей функционирования молниеотводов получили свое отражение в нормативном документе МЭК 62305. Начнём с самого известного факта, который подтвержден многими десятилетиями использования молниеотводов. Все молниеотводы надежно защищают объект только в том случае, если они расположены на значительной высоте над ним.

Если сделать молниеотвод равным по высоте защищаемому объекту и расположить их в одной плоскости, то коэффициент защиты не будет превышать 0.5. Из этого можно сделать вывод, что верхняя точка зоны защиты всегда должна находиться ниже вершины молниеотвода. Размеры которого прямо пропорциональны требуемой надёжности защиты.

Этот хорошо изученный принцип работы молниеотводов в ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 полностью игнорируется. Более того, исходя из документов МЭК можно сделать вывод, что зона защиты, просчитанная при помощи этих двух методов может каким-то образом может начинаться прямо у самой вершины молниеотвода. Таким образом, стандарты МЭК заставляют не рассматривать увеличение высоты молниеотвода в ходе проектирования, как способ для увеличения зоны защиты или повышения её надёжности. Неоднозначность использования метода катящейся сферы.

Рассмотрим ещё один пример. На рисунке 4 построение защиты выполнено в полном соответствии со всеми правилами применения метода катящейся сферы.

Рисунок 4. Построение защиты по правилам метода катящейся сферы

В данном случае был взят металлический стержень длиной 60м. Тут же находится защищаемый объект, имеющий 40 м. Из рисунка 4 видно, что он не попал полном объёме в зону защиты. Если на некотором отдалении проложить по краям кровли объекта заземлённые полосы, то они возьмут на себя функции молниеприёмников. Согласно стандарту, IEC 62305 в этом случае большая часть пространства над объектом, включая и сам объект, окажутся защищёнными с надёжностью 0.98, что полностью противоречит физическим законам происхождения газовых разрядов. Применение молниезащитных сеток в стандарте МЭК Большое внимание у МЭК уделено применению грозозащитных сеток. По версии МЭК применение на плоскости сетки, имеющей размеры 5х5, 10х10, 15х15,20х20 метров, дает гарантированную защиту, которая будет соответствовать 1, 2, 3, и 4 уровням. В этом случае допускается укладка металлической сетки прямо на кровлю. При условии, что она будет выполнена из негорючих материалов. Если же кровля выполнена из легко возгораемых материалов, то сеткадолжна быть смонтирована на расстоянии ϫh=0.15 м.

Из чего следует вывод, что для надёжной защиты вплоть до 0.98 нет никакой необходимости обеспечивать превышение молниезащитной сетки над кровлей защищаемого здания.

При попытке оценить успешность и целесообразность использования сетки посредством метода катящейся сферы, мы получим результат будет целиком зависеть от высоты её расположения над поверхностью кровли. Металлическая сетка, в которой D позволит обеспечить защиту абсолютно плоской крыши при условии:

Тут за R принят радиус катящейся сферы.

Итог проведенного анализа не радует. Нормативный документ МЭК 62305, предлагаемый для использования никак не объясняет откуда взялись указанные в нём данные для углов защиты и радиусов катящейся сферы. При этом нет никакой возможности получить хотя бы отдаленно похожие результаты при использовании этих трех методов.

Материал создан на основе статьи профессора Эдуарда Мееровича Базеляна “Выбор молниеотводов в стандарте МЭК”.

Смотрите также:

Смотрите также: