Занос высокого потенциала

7. Занос высокого потенциала

Из цикла статей "Молниезащита высотных сооружений".

Этот термин, прижившийся в молниезащите, вряд ли украсит русский язык. Для специалистов же он хорошо понятен. Речь идёт о транспортировке высокого напряжения по наземным, а чаще подземным, коммуникациям, связывающим наземные сооружения. Если одно из этих сооружений высотное, оно достаточно часто рассылает волны высокого напряжения в соседние. В качестве примера результаты расчёта на рис. 15 показывают динамику изменения во времени напряжения, переданного по трубопроводу диаметром 0,1 м на расстояние l = 200 и 500 м. Предполагалось, что заземлитель здания, в которое ударила молния, имеет сопротивление заземления 4 Ом, а трубопровод проложен в грунте с удельным сопротивлением 500 Ом м на глубине 0,5 м.

Рисунок 15. Волна высокого напряжения на расстоянии l = 200 и 500 м от удара молнии в сооружение с сопротивлением заземления 4 Ом. Подземная коммуникация диаметром 0,1 проложена на глубине 0,5 м в грунте с удельным сопротивлением 500 Ом*м.

Можно убедиться, насколько медленно затухает транспортируемый по трубопровод импульс. Даже через 0,5 км его амплитуда при токе 100 кА все ещё превышает 100 кВ. Со столь высоким напряжением нельзя не считаться при проектировании молниезащиты соседних зданий. Даже в грунте высокой проводимости, где утечка тока должна существенно и быстро деформировать транспортируемый по трубопроводу импульс, он всё-таки может распространяться на значительные расстояния. Результаты компьютерного расчёта на рис. 16 подтверждают сказанное. В условиях предыдущего примера изменения удельного сопротивления грунта до 200 Ом м снизило амплитуду высокого потенциала приблизительно вдвое, что не так уж принципиально изменило опасность дистанционного воздействия молнии на человека и животных.

8. Технические средства на крыше

Наверное, специалисты по молниезащите не смогут убедить проектировщиков в том, что крыша высокого сооружения – не самое лучшее место для размещения машин климат-контроля, антенных систем и прочих дорогостоящих, но легко повреждаемых молнией технических агрегатов. Уж очень соблазнительным оказывается перспектива использовать большое свободное пространство. Обращение к отечественным нормативам по молниезащите мало поможет в выборе средств защиты всего, что установлено на кровле. Во всяком случае, здесь совершенно бесполезна молниезащитная сетка, которую нормативом РД 34.21.122-87 предписывается размещать на (или под) изоляционном покрытии крыши. Попытка использовать молниеприемники на крыше тоже не принесет особой радости, если пользоваться предписаниями РД 34.21.122-87. По правилам этого норматива все высоты должны отсчитываться от поверхности земли. При таком подходе молниеприемник на крыше высотного здания должен иметь очень большое превышение над объектом, который тоже там установлен. Здесь отечественные нормы принципиально отличаются от предписаний стандарта МЭК 62305, потому что в нём такие высоты принято отсчитывать от поверхности крыши. Закономерно спросить, кто прав. На этот вопрос нет однозначного ответа.

Ясно, что при определении высоты должны быть правильно отражены условия возникновения и развития встречного разряда от вершины молниеотвода. Ясно и то, что эти условия определяются структурой электрического поля в окрестности вершины. Если это так, то все должно зависеть от положения молниеотвода на крыше. Когда он расположен у края, требование отечественного норматива скорее всего ближе к истине. Поле у вершины молниеотвода здесь действительно определяется суммарной высотой объекта и молниеприёмника. Молниеприёмник в центре крыши, когда расстояние до края в несколько раз превышает его высоту, по величине и структуре электрического поля намного ближе к той, что характерна для установки на поверхности земли. И чем больше размеры крыши, тем справедливее такое утверждение. Компьютерные расчёты напряжённости электрического поля у вершины молниеприёмника в любых практически значимых ситуациях не представляют проблемы. Её создает выработка простых инженерных рекомендаций для выбора той или иной схемы расчёта высоты молниеотводов. Здесь пока нет простого и убедительного решения. Расчётный вариант, введённый в Инструкцию РД 34.21.122-87, выбран потому, что его использование при любых обстоятельствах даёт запас по высоте молниеприёмника. Жаль только, что трудно оценить степень этого запаса и быть уверенным в том, что он не слишком велик.

Краткое заключение

Высотные сооружение (более 200 м в равнинной местности) отличает возникновение восходящих молний, которые, стартуя от вершины сооружения, распространяются к облаку. Благодаря им увеличивается общее число грозовых ударов; количество традиционных нисходящих молний с высотой высотного сооружения практически не меняется.
Удары ниже вершины сооружения обусловлены нисходящими молниями; восходящие молнии, как правило, стартуют от вершины малого радиуса кривизны.
Высотные сооружения нецелесообразно использовать в качестве естественных молниеотводов с надёжностью выше 0,9, поскольку относительные размеры их зон защиты резко снижаются с высотой.
При организации молниезащиты высотных сооружений особое внимание должно быть уделено защите от электромагнитных наводок внутренних электрических цепей объекта, которые в равной степени страдают от нисходящих и восходящих молний. Основной мерой ограничения наводок следует считать равномерное распределение тока молнии по максимально возможному числу токоотводов, в первую очередь, - естественных.
В ближайшей окрестности высотного сооружения следует предусмотреть диэлектрическое покрытие поверхности земли, защищающее людей от воздействия напряжений шага и прикосновения.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Полезные материалы:

Смотрите также: