О практике выбора молниеотводов

4. О практике выбора молниеотводов

Четвёртая часть статьи "Как же всё-таки выбирать молниеотводы?

Проблема электромагнитной совместимости при всех обстоятельствах вынуждает использовать молниеотводы минимально возможного превышения над защищаемым сооружением, чтобы избежать значительного увеличения числа близких ударов молнии, возбуждающих сильное электромагнитное поле в защищаемом объёме. Снижение высоты, как правило, обеспечивается увеличением числа стержневых молниеприёмников или использованием мультитросовых молниеотводов. Проектирование по зонам защиты для указанной цели невозможно, поскольку в любой ситуации суммарный объем пространства, защищаемого системой молниеотводов, существенно превышает сумму объемов защиты каждого из молниеотводов в отдельности. Статистическая методика как раз и создавалась в расчёте на возможность оценки защитного эффекта мультистержневой или мультитросовой систем молниеотводов.

Для зон защиты молниеотводов в отечественных и зарубежных нормативных документах приводятся значения обеспечиваемой ими надёжности защиты P_з, а следовательно, и допустимая вероятность прорыва молнии к защищаемым сооружениям

Закономерен вопрос, в какой степени показательна допустимая вероятность прорыва для суждения о реальной надежности функционирования объекта в грозовой обстановке.

К сожалению, сама по себе вероятность прорыва не даёт однозначного ответа, поскольку второй не менее значимой величиной является суммарное число ударов молнии, перехватываемое молниеотводами. Только зная его, по вероятности прорыва можно определить их ожидаемое число в течение заданного срока эксплуатации объекта и только тогда можно объективно судить о реальной опасности грозовых воздействий. В этом отношении снова выявляются преимущества статистической методики, которая позволяет непосредственно определять эти величины, а не оценивать их по зонам защиты с погрешностью на уровне порядка величины.

Не следует думать, что предлагаемая здесь статистическая методика в её сегодняшней реализации может рассматриваться в качестве эталонной. Отображение статистической природы формирования молнии безусловно является её достоинством. Однако, использованные расчетные алгоритмы ещё далеки от совершенства, поскольку содержат в своей основе формалистические упрощения. Избежать их пока не удаётся. Пути совершенствования методики в известной мере очевидны. В первую очередь в методику должен быть введён заряд, транспортируемый каналом молнии, от которого зависит её электрическое поле, а следовательно, и условия старта встречного разряда определяющего высоту ориентировки. В итоге это приведёт к зависимости высоты ориентировки от тока молнии. Последнее вытекает из всех существующих сегодня гипотез главной стадии молнии, связывающей потенциал и заряд лидера молнии и её током. Например, основываясь на [17], можно получить следующую функциональную связь между потенциалом головки лидера нисходящей молнии и её током в главной стадии (после контакта канала с заземлённым сооружением), которая с хорошей точностью аппроксимируется
полиномом (рис. 10).

Рис. 10
Зависимость между потенциалом головки канала молнии и ее током главной стадии по гипотезе [17]

(21)

В первом приближении далее предполагалась линейная зависимость высоты ориентировки от потенциала лидера молнии, что в конечном итоге привело к эмпирическому выражению

(22)

Зависимость, построенная на рис. 11 по этому выражению, показывает, что в практически значимом диапазоне высота ориентировки увеличивается с ростом тока молнии, достигая величины H_o ≈ 12h при экстремально большом токе амплитудой 200 кА.