Рекомендации по молниезащите

 (2)

* При расчете защитных зон использовать формулы Приложения I настоящей книги (Приложение 3 к РД)

Принимая высоту молниеотвода h для защиты объекта определенной высоты, вычисляем радиус зоны защиты rx. Если полученная зона перекрывает по ширине защищаемый объект, значит высота молниеотвода выбрана верно.

Рисунок 19. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Рисунок 20. Зона защиты здания одиночным стержневым молниеотводом

Рисунок 21. Зона защиты одиночного молниеотвода:

1 - упрощенное построение; 2 - зона защиты, построенная по формуле (2).

Если же ширина зоны недостаточна, то надо увеличить высоту молниеотвода и сделать расчет вторично, и так до тех пор, пока не будет подобрана необходимая высота молниеотвода.

В целях упрощения выбора высоты молниеотводов приводится номограмма рис. 22, по которой, зная высоту защищаемого объекта и необходимый радиус зоны защиты на этой высоте rх, определяем высоту молниеотвода.

Или, наоборот, зная высоту молниеотвода и высоту защищаемого объекта, можно определить радиус зоны защиты на этой высоте.

Пример. Дом размером 10´6 м и высотой до конька крыши hx1 = 9 м до карниза hx2 = 7 м защищается отдельно стоящим стержневым молниеотводом, установленным на расстоянии 2 м от него. Нужно определить необходимую высоту молниеотвода (рис. 20).

Вычерчиваем в масштабе план здания, размещаем на плане место установки молниеотвода. Определяем графически необходимый радиус зоны защиты на высоте конька крыши rх1 = 7,1 м.

По номограмме рис. 22 для определения высоты одиночного стержневого молниеотвода отыскиваем точку пересечения rх1 = 7,1 м и hx1 = 9 м, опускаем вертикаль до пересечения со шкалой h и определяем необходимую высоту молниеотвода h = 16 м.

Проверяем зону защиты на высоте карниза крыши hx2 = 7 м. Проводим вертикаль через точку, соответствующей по шкале h = 16 м, до пересечения с наклонной прямой hx1 = 7 м и из этой точки проводим горизонталь до пересечения со шкалой rх, получаем значение rх2 = 10,0 м. Наносим на план здания зону такого радиуса, карниз здания полностью попадает в зону защиты hx2 = 7 м. Следовательно, высота молниеотвода h = 16 м выбрана верно.

Принятые в нашей стране способы определения зон защиты молниеотводов выполнены на основании трудоемких и подробных исследований. Однако при определении были допущены ряд условностей. В связи с этим нет необходимости в точном определении очертания защитных зон, особенно усложненного при двух молниеотводах.

В практике для молниеотводов высотой до 30 м можно воспользоваться упрощенным построением защитных зон.

Упрощенное построение, например зоны защиты одиночного молниеотвода, показано на рис. 21. Образующая поверхности, ограничивающей зону защиты, представляет собой ломаную линию 1. На этом же рисунке для сравнения показана зона защиты, построенная по формуле (2).

В стандартах МЭК на молниезащиту зданий при высоте молниеотвода до 20 м для упрощения выбора защитной зоны одиночного стержневого молниеотвода приняты защитные углы в 55° и 45° соответственно для IV и III категорий защиты.

С увеличением высоты молниеотвода угол защиты меняется. Так, при высоте молниеотвода до 30 м, он уже 45°, до 40 м - 35° и т.д.

При определении необходимой высоты молниеотвода для молниезащиты конкретного дома, коттеджа или хозпостройки одиночным стержневым молниеотводом можно воспользоваться рекомендацией стандарта МЭК с последующей, после выбора высоты молниеотвода, проверкой ее по формуле или номограмме.

Б. Двойной стержневой молниеотвод

Зона защиты двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты имеет очертания, показанные на рис. 23.

Радиус защиты rx и, следовательно, коэффициент защиты Kх для внешней области зоны защиты определяются также, как и у одиночного молниеотвода.

Наименьшая ширина зоны защиты rсх между молниеотводами определяется из соотношений, и , для чего воспользуемся номограммой рис. 24.

Наименьшая ширина зоны защиты rсх для молниеотводов высотой до 30 м, между ними равна нулю при (где L - расстояние между молниеотводами).

Рисунок 22. Номограмма для определения высоты одиночного стержневого молниеотвода

Рисунок 23. Зона защиты двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты

Рисунок 24. Значение наименьшей ширины rсх зоны защиты двух стержневых молниеотводов высотой h для

Минимальная высота зоны защиты между молниеотводами Радиус R, которым очерчивается контур зоны защиты в области между молниеотводами, легко определяется графическим построением по трем точкам окружности (см. рис. 23).

Метод определения высоты двойного стержневого молниеотвода по номограмме рис. 24 требует неоднократных расчетов.

Пример. Необходимо определить высоту двух стержневых молниеотводов для защиты здания прямоугольной формы, указанного на рис. 25.

Исходные данные: длина здания - 24 м, ширина 18,0 м, высота до карниза крыши hx1 = 9 м, высота до конька крыши hx2 = 12 м.

Вычерчиваем план здания в масштабе и наносим наиболее удобное расположение молниеотводов. Определяем по плану расстояние между молниеотводами и получаем L = 30 м.

Рисунок 25. Зона защиты здания двумя стержневыми молниеотводами

Линия конька крыши в нашем примере совпадает с линией, соединяющей оба молниеотвода, поэтому наименьшую зону защиты между молниеотводами можно принять для hx2 = 12 м, 2rсх = 0.

При этом, Из этого соотношения определяем

Находим полную высоту молниеотводов:

h = hx2 + ha = 12 + 2,5 = 14,5 м.

Округляем до величины большего стандартного молниеотвода и принимаем h = 15 м. Проверяем достаточность ширины зоны защиты молниеотводов 2rсх1 на уровне карниза крыши hx1 = 9 м, для чего определяем активную высоту молниеотводов:

hа = h - hч1 = 15 - 9 = 6 м.

а также соотношения:

По номограмме рис. 24 на горизонтальной шкале L отыскиваем деление 5,0 и из этой точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой hх = 0,6. Из точки пересечения проводим горизонтальную прямую до пересечения со шкалой Получаем значение 0,45.

Из соотношения определяем половину наименьшей ширины зоны защиты:

rсх1 = 0,45´ha = 0,45´6 = 2,7 м или

2rсх1 = 2´rсх1 = 2´2,7 = 5,4

Дом имеет ширину 18,0 м, следовательно, молниеотводы высотой 15 м недостаточны для его защиты.

Задаемся молниеотводом большей высоты. Принимаем h = 20 м и аналогично определяем для hx1 = 9 м, 2rсх1 = 18,26 м; hx2 = 12 м, 2rсх2 = 10,4 м.

Радиус внешней зоны защиты для двойного молниеотвода определяем, как и для одиночного, по формуле:

Получаем для hx1 = 9 м, rx = 12,1 м; для hx2 = 12 м, rx = 8 м.

Выполняя построение зон защиты молниеотводов графически, видим, что все здание защищается. Следовательно, молниеотводы высотой 20 м можно принять для грозозащиты рассматриваемого здания.

Для удобства расчетов можно воспользоваться номограммой для определения высоты двойного стержневого молниеотвода (см. рис. 26), которая позволяет при заданных ha, L и rсх сразу определить необходимую высоту молниеотвода.

Пример. Необходимо определить высоту стержневых молниеотводов при защите дома двумя молниеотводами и размерах защищаемого дома: высоте до карниза крыши hх1 = 9 м, до конька крыши hx2 = 12 м, длине 24 м, ширине 18,0 м. Молниеотводы устанавливаются на расстоянии 3 м от стены дома по длинной оси. Дом, подлежащий молниезащите, вычерчиваем в масштабе и наносим места установки молниеотводов (см. рис. 25).

По чертежу определяем наименьшую ширину зоны защиты между молниеотводами на уровне hx1 = 9 м, 2rсх = 20 м, (rсх = 10 м), расстояние между молниеотводами L = 30 м.

По номограмме рис. 26 для определения высоты двойного стержневого молниеотвода соединяем линией точки, лежащие на прямолинейных шкалах rсх = 10 м и L = 30 м, в точке пересечения с кривой hx1 = 9 м проходит прямая hа1 = 10 м, следовательно, полная высота молниеотвода

h = hх1 + hа1 = 9 + 10 м = 19 м.

Рисунок 26. Номограмма для определения высоты двойного стержневого молниеотвода

Для определения наименьшей ширины зоны защиты между молниеотводами на уровне конька крыши hх2 = 12 м находим:

hа2 = h - hх2 = 19 - 12 = 7 м.

По номограмме соединяем линией точку прямолинейной шкалы L = 30 м с прямой ha2 = 7 м, в точке ее пересечения с кривой hx2 = 12 м на шкале rсх линия пересекается с точкой 5,5 м. Минимальная ширина зоны защиты двойного стержневого молниеотвода на высоте hx2 = 12 м, 2rсх2 = 11 м, что полностью перекрывает защищаемый объект на этой высоте. Следовательно, высота молниеотвода для защиты объекта достаточна.

Принимаем ближайшее значение стандартной высоты молниеотвода h = 20 м. Для графического построения зоны защиты молниеотводов необходимо аналогично вышеизложенному определить 2rсх для hx1 = 9 м и hх2 = 12 м, а радиус внешней зоны защиты молниеотводов легко определить по номограмме по методу, изложенному для случая одиночного стержневого молниеотвода или соответствующей номограмме.

Сравнивая результаты первого и второго расчетов для выбора высоты молниеотводов можно сделать вывод, что ошибка может быть незначительной. Поэтому, пользуясь номограммой, выбираем высоту предварительно. Затем уточняем расчетом.

3.3. Зоны защиты тросовых молниеотводов

1) Конфигурация зоны защиты одиночного тросового молниеотвода показана на рис. 27.

Расчет параметров зоны по первому методу производится по формулам:

 

rx = 1,25(hmp - 1,25hx), м (3)

(при hх ≥ 0 и hх ≤ 2/3hтр);

rх = 0,625(hmp - hx), м (4)

(при hх > 2/3hmp).

Рисунок 27. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

1 - положение троса в зоне закрепления; 2 - положение троса в середине пролета (с учетом стрелы провеса).

При этом полная ширина зоны защиты (по аналогии со стержневыми молниеотводами именуемая радиусом защиты) при hx = 0 определяется из выражения

2rx = 2,5hтр, м, (5)

где hтр - высота троса (с учетом его стрелы провеса) над защищаемым домом, м.

На рис. 28 приведена номограмма, по которой в зависимости от заданных величин h, hx и L можно легко найти искомое значение rx.

Торцевые области зоны защиты тросового молниеотвода определяются по расчетным формулам или кривым, применяемым для построения зон защиты одиночных стержневых молниеотводов.

Второй метод расчета предусматривает определение радиуса защиты rx по формуле

 (6)

где hтр в общем случае определяется из выражения

hтр = h - f, м, (7)

где f - стрела провеса троса над защищаемым домом в середине пролета, м;

h - точка подвеса троса на несущей конструкции молниеотвода, м.

Рисунок 28. Номограмма для определения радиуса защиты одиночного тросового молниеотвода (первый метод расчета)

Принимаемая для расчета стрела провеса троса соответствует температуре грозового режима. Многочисленные наблюдения в различных областях страны показывают, что эта температура в зависимости от характера грозы (тепловая или фронтальная) и района ее возникновения часто колеблется в довольно широких пределах (от +5 до +30°С и выше).

Действующими нормативными источниками температура грозового режима применительно к молниезащите зданий и сооружений не регламентирована. При проектировании воздушных линий электропередачи ПУЭ 7-го издания рекомендует принимать температуру режима атмосферных перенапряжений t = +15 °С. Эта величина расчетной температуры применительно к таким сооружениям, как линии электропередачи, являются оптимальной как с точки зрения технико-экономических, так и эксплуатационных показателей.

При проектировании тросовых молниеотводов, применяемых для защиты зданий, к выбору расчетной температуры грозового режима следует подходить несколько иначе. Учитывая меньшие, чем на линиях электропередачи, пролеты тросовых молниеотводов, повышение расчетной температуры грозового режима, например, до +40 °С, не окажет сколько-нибудь существенного влияния на экономику. С другой стороны, введение в расчет максимальной температуры воздуха, при которой стрела провеса троса наибольшая, значительно повысит надежность молниезащиты. Следует отметить также, что тросовый молниеприемник, находясь постоянно под воздействием тех или иных атмосферных явлений (ветер, гололед, температурные колебания), со временем частично теряет свои первоначальные параметры, заданные расчетом. Поэтому некоторый запас, связанный с повышением расчетной температуры грозового режима до вероятного ее значения, можно считать оправданным.

Учитывая изложенное, за максимальную стрелу провеса троса f будем принимать значения ее, соответствующие температуре окружающего воздуха t = +40 °С.