Происхождение этой заметки не вполне обычное и, чтобы не интриговать читателя без особых на то оснований, о причине стоит рассказать, тем более что на наших вебинарах уже не раз обсуждалась методика выбора молниеотводов по зонам защиты.
Фирма ZANDZ получила письмо от неравнодушного посетителя сайта. Автор письма просчитал вероятность прорыва молнии к защищаемому объекту в онлайн сервисе расчета надежности, основанном на статистической методике, а потом сопоставил результат с расчетом по зонам защиты, что приведены в нормативном документе СО-153.21.122-2003. Совпадения категорически не получилось. Отсюда и был сделан вывод об ошибке в программном обеспечении. В достоверности зон защиты автор письма сомнений не имел.
Несмотря на то, что анализ возможностей зон защиты уже не раз выполнялся на наших вебинарах, важно еще раз сформулировать методологический подход к зонам, чтобы однозначно определить их назначение. Не стоит пока обсуждать достоверность определения зон защиты. Остановимся на их методических основах.
Зоной защиты называют пространство в окрестности молниеотвода, отличающееся тем, что при полном заполнении его объема защищаемым объектом надежность защиты этого объекта от прямых ударов молнии равна надежности, приписанной использованной зоне. Однако, в большинстве практических ситуаций зона защиты может быть частично пустой. Тогда надежность защиты находящегося в ней объекта возрастает, но в какой степени, - на этот вопрос ответа нет. Ясно, что высота молниеотвода будет выбрана с запасом. Только оценку этого запаса дать некому, а он может быть неоправданно большим.
Еще более не определен другой вопрос. Зона защиты действительно частично не заполнена, но какая-то часть защищаемого объекта выходит за ее границу. Вот теперь методика зон защиты абсолютно не пригодна для оценки надежности защиты рассматриваемого сооружения. Более того, она и не предназначена для этой цели. В этом приходится разбираться специально.
Нужно начать с того, что конфигурация и геометрические размеры зоны защиты определяются одним единственным числом – надежностью защиты от прорывов молнии к защищаемому сооружению. Подобное определение принципиально не является однозначным. Можно найти неограниченное количество пространственных конфигураций, соответствующих заданной надежности защиты. Это далеко не всегда круговая коническая поверхность. Конус может быть и не круговым и даже не представлять собой конус, а какую-то иную поверхность. При желании можно построить зону защиты с заданной надежностью в виде индийского слона или бенгальского тигра. Никаких нарушений теории молниезащиты здесь не произойдет. Коническая поверхность для зоны защиты выбрана скорее по традиции. Теоретического обоснования ее нет и быть не может. Зацепиться можно лишь за одно качественное обстоятельство – чем больше превышение молниеотвода над объектом, тем больше радиус защищаемой области. Но и под это обстоятельство подойдет бесконечное множество самых разных конфигураций. Круговой конус – всего лишь один из элементов рассматриваемого множества.
Однозначный ответ о надежности защиты можно получить лишь тогда, когда граница очертания объекта совпадает с границей зоны. Зачем же вам зона защиты в этой ситуации? Работать надо с самим объектом, что и осуществляет статистическая методика.
Теперь о самих зонах защиты, что введены в Инструкцию по молниезащите СО-153.21.122-2003. Здесь я готов к совершенно честному признанию своей “вины”. Все расчетные формулы для надежности защиты от прямых ударов молнии с надежностью 0,9 – 0,999 получены лично мной на основании компьютерных расчетов по статистической методике. Подбор сводился только к выбору эмпирических формул для более или менее достоверного количественного описания результатов компьютерного моделирования.
В заключение несколько слов о результатах сопоставления надежности защиты по зонам и по статистической методике. Это далеко не новый и совсем не оригинальный вопрос. Например, он детально рассмотрен в вебинаре № 19 ”Происхождение зон защиты молниеотводов….” , что прошел еще в 2017 г. Там сопоставлены результаты расчета одиночным стержневым молниеотводом высотой 30 м объекта в виде одиночной башни различной высоты, которая каждый раз устанавливалась у самой границы зоны защиты с надежностью 0,99 (вероятность прорыва 0,01).
Именно такая надежность и приписывалась по необходимости защищаемому сооружению, ибо более достоверной информации фактически пустая зона дать не могла. Иное дело - статистическая методика, по которой расчетное значение надежности защиты было на порядок величины выше (вероятность прорыва 0,001). Демонстрируется здесь вовсе не погрешность статистической методики и ее программного обеспечения, а несовершенство выбора молниеотводов по зонам защиты. В большинстве практических ситуаций (частично пустой объем зоны) оно вынужденно выполняется с большим ничем не обоснованным и количественно неизвестным запасом. Именно по этой причине выбор молниеотводов по зонам защиты рекомендуется использовать только для грубых оценок на стадии предварительного проектирования.
Э. М. Базелян, д.т.н., профессор.
Смотрите также:
