Почему у стержневого молниеотвода зона защиты в виде конуса?

Ответ на этот вопрос мог быть получен даже во времена Франклина и Ломоносова. Эксперименты показали, что молния – это длинная искра гигантских размеров. Её подобие можно было получить в лаборатории даже в XVIII веке с помощью уже существующей тогда электрофорной машины. Лучшие из них давали напряжение в сотни киловольт – вполне достаточно для формирования искр длиной в десятки сантиметров. Такая физическая модель уже может дать основу для качественного анализа. 

схема расположения заземленных электродов

Рис. 1

Взгляните на схему расположения заземленных электродов на рис. 1. Там расстояние до центрального заземленного электрода (модель объекта) точно равно расстоянию до второго (модель молниеотвода), смещенного от него на расстояние r. Высоковольтный электрод подключен к источнику высокого напряжения и моделирует формирующуюся молнию. Можно включить высокое напряжение и проследить за полетом искры. Эксперимент придется повторить много раз, чтобы набрать убедительную статистику. Её результат очевиден – в каждый стержень попадет по 50% разрядов. Теперь слегка увеличим высоту стержня, моделирующего молниеотвод, его разрядный промежуток станет короче, а стало быть и более легко перекрываемым электрическим разрядом. Однако, не надейтесь, что он соберёт на себя все разряды. Доля разрядов в макет молниеотвода конечно увеличится, но до 100%-ной вероятности дело не дойдёт. Часть искровых каналов всё равно пойдёт по более длинному пути, к объекту.

 

 

фотография большого числа искровых лабораторных разрядов
Рис. 2

Увеличивая высоту молниеотвода и соответственно сокращая расстояние до него от головки канала молнии, удается увеличить долю принятых на себя ударов, но какая-то вероятность прорыва молнии к объекту всё-таки остается, пусть хотя бы ничтожная. Поэтому эффективность защиты молниеотводов принципиально меньше 1, а при равных высотах объекта и молниеотвода она не может быть больше 0,5.

рис 3
Рис. 3

Вот так в результате качественного анализа открываются две важные особенности зоны защиты стержневого молниеотвода. Во-первых, вершина зоны не может совпадать с вершиной молниеприёмника. При надёжности защиты больше 0,5 молниеотвод должен превышать защищаемый объект.

Во-вторых, по мере увеличения расстояния между молниеотводом и объектом по горизонтали предельная высота объекта должна снижаться, чтобы сохранить расстояние

формула,

а вместе с ним и надёжность защиты объекта от прямых ударов молнии. Именно отсюда возникло представление о зоне защиты как о конической поверхности, вершина которой располагается на оси молниеприёмника ниже его вершины, а радиус её увеличивается по мере приближения к земле.

Разногласий в отношении второго положения нет, а вот вершину зоны защиты нередко пытаются совместить с вершиной молниеотвода. Так сделано, например, без каких-либо обоснований в стандарте 62305 МЭК, хотя ошибочность такого положения не вызывает сомнений на основании только что изложенных соображений, причём ошибка наиболее значима при сближении высот молниеотвода и защищаемого объекта.

Почему зона защиты имеет круговое сечение

Электрическое поле вертикального стержня обладает осевой симметрией. Ясно, что все его воздействия должны проявляться в равной степени по азимуту, независимо от угла поворота относительно вертикальной оси. 

Круговой конус крайне по вкусу проектировщикам, потому что такую фигуру можно построить всего по двум параметрам – по высоте вершины и по радиусу основания. Вопрос лишь в их достоверной оценке.

У вас есть вопросы по расчётам молниезащиты или заземления? Обращайтесь за помощью в Технический Центр ZANDZ!

 

Смотрите также:


Хотите получать избранные новости о молниезащите и заземлению раз в 3-4 недели?
Зарегистрируйтесь и автоматически получайте email-рассылку с подборкой.


Все новости публикуются в наших группах в мессенджерах и в социальных сетях.
[ Новостной канал в Telegram ]



Смотрите также: