Внимание!

Седьмой вебинар из серии "Заземление и молниезащита: вопросы и проблемы, возникающие при проектировании"

(прошёл 28 января 2015 в 11:00 по МСК)

 

Рекомендуется просмотр с качеством "720p" в полноэкранном режиме.

Высотное строительство стало модным в нашей стране, возможно, неоправданно модным при наших мало застроенных территориях. Тем не менее, многоэтажные здания стали реальностью, почти повседневностью. Высота объекта ведет к увеличению числа ударов молнии в него. Правильнее говорить,- к увеличению частоты поражения молниями, потому что в высотные здания молния не только ударяют, но и инициируются от его вершины, направляясь к заряженной ячейке грозового облака. При высоте здания свыше 200 м число ударов в него молний от облака (нисходящих) достигает 2 – 3 за год и больше с высотой не увеличивается. Растет только число молний обратного направления (от здания к облаку - восходящих). Поведение нисходящих и восходящих молний принципиально различно. Траектория первых плохо предсказуема, Они могут ударить в боковую поверхность высотного сооружения намного ниже его вершины. Любые высотные молниеотводы мало эффективны для защиты от нисходящих молний. Восходящие молнии, как правило, стартуют от наиболее высокого конструктивного элемента сооружения, особенно если его вершина малого радиуса.

На семинаре предполагается рассмотреть перспективы защиты высотных зданий от прямых ударов молнии, причём, особое внимание будет уделено оборудованию, установленному на кровле. Помимо этого будет рассмотрен вопрос об электромагнитных воздействиях тока молнии на внутренние электрические цепи высотного сооружения, проанализированы особенности работы его заземляющего устройства.

Наконец, важно будет проследить за влиянием высотных сооружений на грозовую обстановку в его ближайших окрестностях. Здесь наиболее важны два момента – последствия притяжения молний, вследствие чего как бы локально увеличивается интенсивность грозовой деятельности и более частое возбуждение высоких напряжений при растекании в земле тока молнии, от чего повышается опасность заноса высокого потенциала в соседние здания и поражения людей и животных напряжением шага.

 

Текст вебинара. Страница 1

Быстрая навигация по слайдам:

Примерное время чтения: 1 час 15 минут

Особенности молниезащиты высотных сооружений

Особенности молниезащиты высотных сооружений

 

Доброе утро, добрый день в зависимости от того где мои слушатели, я не знаю. Но, что мне доставляет большое удовольствие – это поздравить с Новым Годом, потому что Новый Год в России – это такая вещь, которая длится целый месяц. Поэтому с Новым Годом, дорогие коллеги, с новым счастьем и пусть у вас все будет хорошо! Сейчас перед этой видеокамерой мы снова с Надеждой. Моя помощница будет разбираться с вашими вопросами, а я постараюсь на них отвечать так, как это было в прошлый раз. То есть какой-то блок информации, а потом я постараюсь отвечать на ваши вопросы и снова новый блок информации. С этого и начнем. Знаете, мы уже говорили о защите индивидуальных зданий. Наши организаторы говорят, что теперь надо говорить о высотных зданиях. Надо говорить о том, в какой степени молниезащита этих самых высотных зданиях отличается, скажем, от защиты коттеджей или пятиэтажного дома. Откровенно говоря, я не очень понимаю, почему из-за громадной территории России, мы все-таки строим высотные здания. Я понимаю, когда эти здания промышленные и когда эта высота оправдана технологическим значением, но строятся и жилые здания многоэтажные даже там, где свободная территория громадная. Тем не менее их строят и поэтому проектировщикам их надо защищать. Я и буду смотреть, а что собственно надо делать для того, чтобы защищать эти самые высотные здания? Чем молниезащита отличается от того, что мы с вами делаем.

Задача семинара

Задача семинара

 

Рассматривать мы будем вот какие вопросы. Но нужно, во-первых, посмотреть, что делается со строительными конструкциями, то есть грозит им что-нибудь или нет? Во-вторых, внутренняя начинка здания. В-третьих, его электрические цепи. Но и наконец – окружение. А что будет вокруг этого самого высотного здания? И какие здесь новости могут быть? Я должен сразу сказать, что первый пункт, касающийся строительных конструкций здания, скорее всего придуман для того, чтобы раздувать щеки. Молния ничего не может сделать ни с какими строительными конструкциями современных зданий. Приведу вам вот какой пример. На останкинской башне был флагшток, на котором развевался в то время флаг СССР. Когда 10 лет этот флаг обдувался ветром, он хорошо потрепался и высотники полезли заменять полотнище флага. И мы уговорили их снять макушку этого самого флагштока, куда ударяла за этот десяток лет, по крайней мере несколько сотен молний. Что мы увидели? Мы увидели на этой стальной болваночке следы от ударов молнии, которые больше всего похожи на оспины на портрете человека, болевшего оспой. Это крошечные ковырны, глубиной не больше 1 мм и диаметром самое большее – это около 10 мм, а вообще несколько миллиметров. И поэтому говорить о строительных конструкциях и о том, что эти строительные конструкции могут пострадать от молнии – это наивность. И поэтому больше к этому вопросу, я вообще возвращаться не буду.

Нормативная база

Нормативная база

 

Теперь о нормативной базе. Как всегда надо начинать с инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений промышленных коммуникаций – СО 153. Если вы возьмете ту самую инструкцию и откроете ее, то вы там ничегошеньки такого особенного в зданиях не увидите. Единственное, что там есть – это защиты молниеотводов. Но эти зоны защиты молниеотводов доходят до высоты 150 м, дальше – 100, дальше СО 153 вообще не работает. Сегодня 150 м трудно считать уж в очень высоком здании. Во всяком случае – это не небоскреб. Если вы пойдете в РД 34, вот сюда, то там действительно есть зона защиты высотных молниеотводов. И эти зоны защиты высотных молниеотводов доходят до 600 метров. Давайте на минутку посмотрим на эти зоны. Во-первых, я должен сказать, что эти зоны в значительной степени придуманы и компьютером рассчитаны, но опытом эксплуатации практически никак не подтверждены. Потому что опыт эксплуатации у нас есть вот какой. Во-первых – это линии электропередач, они высотой максимум до 60 м. А во-вторых, отдельные выколотые точки, вроде останкинской телебашни. И большого опыта эксплуатации высотных сооружений в диапазоне 200 – 500 метров в России, к сожалению, нет. Но и в Европе тоже нет. Поэтому на эти зоны защиты посмотреть надо, но надо иметь в виду, что эти зоны защиты в значительной степени высосаны из пальца.

Что меняется с высотой наземного сооружения?

Что меняется с высотой наземного сооружения?

 

Теперь прежде, чем мы будем смотреть на эти зоны защиты, давайте поговорим вот о чем. А что собственно высотные объекты могут сделать с грозовой деятельностью своей окрестности? Первое, что нам хорошо известно, тут уж говорить нечего – это вот какая вещь. С высотой здания число ударов в это здание увеличивается. Опыт показывает, что в том диапазоне, который более или менее хорошо обследован, это увеличение идет пропорционально квадрату высоты. И если в стометровое здание в год ударяет, примерно, одна молния, то в останкинскую телебашню ударяет в года 25 -30 штук молний. Зависимость очень серьезная и активная. Какое здесь есть научное объяснение? Я никогда не говорил о научных объяснениях, здесь придется мне об этом говорить. И я должен сказать, что все сегодняшние представления о выборе молнии точки удара основано на гипотезе Голда, такой американец был, которая была сформирована где-нибудь почти 50 лет тому назад. Что Голд говорил? Он говорил, что с момента существования человека на Земле, ни в одно здание, которое этот человек построил никогда в жизни не ударяла ни одна молния. Такого просто никогда не было. Почему? По той простой причине, что когда молния начинала приближаться к земле, от вершины здания и ей на встречу развивался плазменный канал, который Год назвал встречным лидером. И встреча этих двух каналов одного из облака, а другого от объекта, будь то молниеотвод, здание, не важно – это встреча и есть удар молнии в объект. То есть удар молнии в объект принимает на себя прорастающий на встречу молнии канал. Эта гипотеза абсолютно всеми принята. Нет ни одной противоречивой этой гипотезе факта. Но надо сказать, и нет очень серьезного количественного обоснования этой гипотезы. Наша российская команда в свое время занималась специально этими самыми исследованиями и показала вот какую вещь.

Основные фазы встречного разряда

Основные фазы встречного разряда

 

Она показала, что встречный разряд от любого сооружения на земле, будь то дерево, молниеотвод, высотная мачта, что хотите, начинается с того, что там на верху развивается коронный разряд. Примерно та самая корона, которая существует на линии электропередачи или в пиратских романах существует мачта пиратских кораблей под названием «Огни святого Эльма». Эта корона может существовать очень долго, не рождая никакого канала. Например, всю грозу она может существовать на объекте, но для того, чтобы родился канал, который перехватит молнию, нужно, чтобы эта корона перешла в более мощную формулу. Ее называют стримерной формой – это метелка, ветви которой могут вытянуться на длину нескольких метров. Существует теория, которая показывает, как корона переходит в такую форму. Для этого ее ток должен достигать вполне определенной величины. Эта величина довольно большая для короны. Этот ток на уровне где-нибудь 10 мА. Большой довольно ток. Если такой переход произойдет, то в основании стримерной вспышки, которая при этом организуется может возникать канал встречного разряда. Для этого нужно, чтобы напряжение на этой вспышке было как не меньше, чем 400 кВ. И если этот канал родится и если этот канал окажется жизнеспособным, а для этого нужно, чтобы он обладал определенной проводимостью, только тогда будет формироваться канал, который перехватит молния.

Бесстримерная корона в грозовом электрическом поле

Бесстримерная корона в грозовом электрическом поле

 

Примерно, это такая теория написана в литературе, это российская разработка. А дальше давайте посмотрим – а что будет то, если посмотреть, как будет формировать канал. Здесь на этом графике я показал, как нарастает во времени электрическое поле грозового облака. Она растет, примерно, в этом случае около 10 секунд. И как формируется ток той самой короны, которая будет, например, на вершине останкинской башни? Оказывается, что этот ток не дотягивает до того, при котором может быть переход. Ток примерно меньше 3 мА, а критический ток уже 10 мА. И сколько бы мы не старались, мы не можем заставить останкинскую башню экранировать в такой сильной степени, чтобы от нее развивался канал разряда. Таким образом, тем не менее, в башню то ударяет молния.

Дополнительный источник поля –заряд канала нисходящей молнии

Дополнительный источник поля –заряд канала нисходящей молнии

 

Каким образом они ударяют? Оказывается ситуация вот какая. Корону усиливает и заставляет развиваться интенсивно, тот разряд молнии, который стартует из облака и начинает к высокому сооружению приближаться, когда этот канал приближается, он переносит на себе заряд из грозового облака, приближает его к себе и от этого ток короны начинает очень сильно и очень интенсивно нарастать. И он в состоянии превысить такую критическую величину. Значит, все процессы от наземных сооружений провоцируют не слишком далекие молнии, которые развиваются от облака к земле.

Восходящий лидер от объекта высотой 30 м

Восходящий лидер от объекта высотой 30 м

 

В результате этого дела, может произойти вот какое событие. Здесь показана динамика роста канала встречного разряда на встречу молнии от объекта относительно небольшой высоты. Здесь высота объекта 300 метров, а расстояние от горизонтали до канала молнии – 150 метров. Этот канал растет в поле молнии, но как только молния достигнет земли, как только она земли достигнет, так тут же. Вот, что получается. Растет канал, но как он только достиг земли и перенес свой разряд на землю, рост этого канала прекращается и разряд оказывается незавершенным, он не существует. Удар произошел в землю.

Восходящий лидер от объекта высотой 200 м

Восходящий лидер от объекта высотой 200 м

 

Но если у вас высота объекта очень большая, например, у меня теперь высота объекта 200 м, а молния находится на расстоянии 750 м вот этого канала. Посмотрите, канала растет, растет, растет, потом молния ударила в землю, он замедлил свой рост, но тут же возобновил его снова. Такой разряд произойдет в высотные сооружения.

Экспериментальная проверка гипотезы о роли короны

Экспериментальная проверка гипотезы о роли короны

 

И теперь возникает вот какая вещь. Возникает вещь следующая. Оказывается, что приходится все процессы развития молнии, в промежутке облако – земля, а эти процессы достаточно мощные, потому что молния –это процесс, который идет с током в десятки кА и даже в сотни кА, приходится по какой-то непонятной причине связывать самым слабым разрядом, который существует в природе с короной, у которой ток на уровне долей мА. Правда это или не правда? Может быть это чистейшей воды спекуляция? Оказывается это не спекуляция, это голый факт, который можно подтвердить следующим образом. Вот у вас высотное сооружение, высотой в 200 метров. Это высотное сооружение будет стоять на земле в течение всего грозового сезона и в это сооружение в лучшем случае ударят всего один или два разряда молнии за год. Теперь делают следующий опыт. Берут маленькую ракетку метеорологическую, которая тащит за собой тоненькую проволочку и запускают эту ракетку вверх и эта ракетка поднимается на высоту 200 метров, примерно за 3 – 5 секунд. Если эту ракетку запустить под грозовым облаком, то с вероятностью, примерно в 70 % за 3 секунды полета в нее ударит молния. В чем разница между этими двумя вещами? И здесь 200 м и здесь 200 м, а разница вот в чем. Здесь долго существовала корона (центральный рисунок) и корона нагнетала в атмосферу свои заряженные частицы. И эти заряженные частицы, это облако как шапка невидимка закрывала высотные сооружения. А здесь (рисунок слева) - для этого не было времени. Более того ракета летела со скоростью 100 м/с и она обгоняла собственные ионы, ионы движутся медленнее. Поэтому связь всего с короной – это совершенно реальная связь, которую нужно учитывать абсолютно во всех делах, связанных с высотными сооружениями.

 

Следующая страница >>
слайды с 11 по 17 + первый блок вопросов

 


Полезные материалы для проектировщиков:


Смотрите также: