Возможности статистической методики

3. Возможности статистической методики

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

Уже отмечалось, что методика не имеет ограничений по количеству и конфигурации молниеотводов и защищаемых объектов. С её помощью можно определить ожидаемое число прорывов молнии как во всю совокупность защищаемых сооружений, так и в любой конкретный конструктивный элемент объекта. Для этого достаточно принять за объект защиты только его, а все остальные сооружения системы формально рассматривать как молниеотводы. Что же касается предельной высоты наземных сооружений, то формальных ограничений нет и в отношении её. Однако, необходимо учитывать, что методика отображает процесс ориентировки нисходящих молний и только к ним относится параметр n_M, характеризующий плотность грозовых разрядов на невозмущенной поверхности земли. Опыт эксплуатации высотных сооружений на равнинной местности показывает, что начиная с высоты около 200 м, число нисходящих молний почти перестает зависеть от этого параметра, а суммарное число ударов нарастает исключительно за счёт восходящих разрядов, стартующих от вершины сооружения. По этой причине без каких-либо ограничений развитая методика может использоваться для объектов высотой до 150 – 200 м. Учитывая указанное обстоятельство, зоны защиты в отечественном нормативном документе «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО-153-34.21.122-2003» ограничены высотой 150 м. При этом использование зон защиты рекомендовано только для предварительных оценок высоты молниеотводов, поскольку их результат в большинстве практически значимых ситуаций оказывается избыточным даже в отношении одиночного стержневого молниеотвода. Например, для защиты здания 40 х 12 м высотой 20 м с надёжностью 0,99 при оценке по зонам защиты требуется стержневой молниеотвод в 60 м, если он устанавливается на расстоянии 5 м от середины продольной стены. Расчёт по статистической методике, результаты которого представлены на рис. 7, показывает, что в реальности высоту молниеотвода можно снизить до 52 м.

Рис. 7
Расчет по статистической методике вероятности прорыва молнии к зданию, защищенному одиночным стержневым молниеотводом

Преимущества статистической методики проявляются в наиболее явной форме, когда стремятся сократить высоту молниеотводов за счёт увеличения их числа. Задачу такого рода приходится решать, если наибольшую опасность для защищаемого объекта представляет электромагнитное поле молнии, а не контакт её канала со строительными элементами сооружения. В таких условиях использование высокого молниеотвода приводит к очень существенному увеличению близких разрядов молнии, ток которых, протекая по молниеотводу, практически не меняет своего электромагнитного поля по сравнению с тем, что имело бы место при ударе непосредственно в объект. Не встречая проблем при расчёте мультистержневой системы молниеотводов, статистический метод показывает, что защиту здания из предыдущего примера с надёжностью 0,99 удается обеспечить, смонтировав на крыше по углам здания 4 молниеприёмника с превышением всего около 4 м (рис. 8).

Рис. 8
Расчет по статистической методике вероятности прорыва молнии к зданию, защищенному 4-мя стержневыми молниеотводами

Такая система защиты примет на себя примерно в 6 раз меньшее число ударов молнии, чем одиночный стержневой молниеотвод 60-метровой высоты, оценённый по зонам защиты.

Статистическая методика легко развенчивает миф о высокой эффективности защитного действия молниезащитной сетки при её малых превышениях над кровлей. В расчётных данных на рис. 9 предполагалось, что сетка с ячейками 10 х 12 м размещена на кровле уже рассмотренного здания. Вероятность прорыва на уровне 0,01 получается здесь при её превышении в 3,6 м, что практически не отличается от превышения стержневых молниеприёмников в предыдущем примере (рис. 8). Когда же сетка была приподнята над кровлей на рекомендованное расстояние ~ 0,1 м, вероятность прорыва молний приблизилась к 0,5, что указывает на практически полную ликвидацию её защитного действия.

Рис. 9
Расчет по статистической методике вероятности прорыва молнии к зданию, защищенному сеткой с ячейками 12х10 м

Статистическая методика, основанная на анализе разброса пробивных напряжений многометровых промежутков, представляет интерес и для тех ситуаций, когда электрическая прочность по какому-либо пути в рассматриваемой системе электродов изменена за счёт локальных внешних воздействий.

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

Читайте далее "4. О практике выбора молниеотводов"

Смотрите также:

Смотрите также: