Как же всё-таки выбирать молниеотводы? Введение

Введение в статью "Как же всё-таки выбирать молниеотводы?

Установка молниеотводов – самое старое мероприятие в молниезащите, мало изменившееся за последние 250 лет. Предполагается, что молния с большей вероятностью ударяет в наиболее высокий элемент наземного сооружения, а потому специально установленный возвышающийся металлический заземленный стержень или провод перехватит её канал на себя. В наибольшей степени специалистов по молниезащите интересует исключения из этого правила. Фундаментальный вопрос во внешней молниезащите и сегодня сводится к поиску достоверной методики оценки числа прорывов молнии к объекту, защищённому системой молниеотводов.

В качественном отношении физика выбора точки удара молнии ясна. Стартовавшая от облака нисходящая молния сначала формируется независимо от состояния земной поверхности, поскольку возмущения электрического поля у головки канала молнии наземными сооружениями слишком малы по сравнению с полем её собственного заряда. Повлиять на траекторию молнии они не могут. Процесс ориентировки молнии начинается с возникновения канала встречного лидера, который стартует в электрическом поле атмосферы от вершины наземного сооружения, например, от молниеотвода или защищаемого сооружения [1]. Источником этого поля служат заряды грозового облака и заряд, транспортируемый к земле лидером нисходящей молнии. Момент старта встречного лидера определяет высоту ориентировки молнии.

Выбор точки удара на поверхности наземных сооружений осуществляется в результате конкурирующего развития встречных лидеров от молниеотвода и от защищаемого им наземного сооружения. Процесс этот взаимосвязан тем в большей степени, чем ближе друг к другу точки старта встречных лидеров. Причиной взаимосвязи является собственный заряд встречного лидера, опережающего в своем развитии все остальные. Ослабляя электрическое поле в области головок отстающих каналов, он тормозит их дальнейшее продвижение [2,3].

Реализация расчётной модели на основании подобных представлений связана с исключительными сложностями из-за большой статистической вариации основных исходных параметров. Во-первых, как минимум в пределах порядка величины меняется потенциал точки пространства, откуда может стартовать нисходящая молния; не определена однозначно не только ее траектория, но даже число одновременно формирующихся ветвей. Во-вторых, случайным образом варьируют условия старта встречных лидеров от наземных сооружений, а следовательно, и координаты точек их старта. Наконец, трудно прогнозировать траектории встречных лидеров, скорости их развития и транспортируемый заряд. В совокупности это сильно ограничивает возможности строгого решения задачи об эффективности защитного действия молниеотводов и вынуждает прибегать к большей или меньшей формализации расчётной модели при хотя бы частичном сохранении её физической основы [4]. Ввиду достаточно большой сложности подобные расчетные модели до сих пор не нашли массового применения в инженерной практике.

Ситуация такого рода вынужденно привела к развитию формализованных расчётных методик, в которых до предела упрощались или даже полностью отсутствовали физические представления о молнии. Это началось с ввода понятия о зоне защиты. Так назвали некоторое пространство в окрестности молниеотвода, отличающееся тем, что вероятность прорыва молнии к объекту, целиком размещенному в объеме зоны, не превышает заданного значения. Приходится сразу отметить неоднозначность определения конфигурации и размеров зоны защиты по единственному параметру – допустимой вероятности прорыва. Для этого, как минимум, потребуется ещё априорное задание конфигурации поверхности, которая ограничивает защищаемый объём. Подобное было сделано волевым путём для стержневого молниеотвода (конус с круговым основанием) и для горизонтального троса (двухскатная плоская поверхность). Первоначально размеры зон защиты пытались установить на основании лабораторных испытаний мелкомасштабных моделей, в которых роль молнии исполняла длинная искра [5]. Попытки такого рода продолжаются до сих пор, хотя доверие к ним сильно ослабло из-за существенной зависимости результатов испытаний от масштаба модели, а также от полярности и временных параметров импульса напряжения, формирующего длинную искру [6,7]. Тем не менее, зоны защиты в том или ином виде присутствуют практически во всех нормативных документах по молниезащите, в связи с чем методология их оценки и сопоставление нормированных размеров представляет научный и практических интерес. В этой статье основное внимание уделено методологическим подходам к выбору молниеотводов в стандарте по молниезащите МЭК 62305 [8] и в отечественных нормативах.

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

Читайте далее "1. Выбор молниеотводов в стандарте МЭК"

Смотрите также:

Смотрите также: