Что такое зона защиты молниеотвода

зона защиты молниеотвода

Смотреть что такое «зона защиты молниеотвода» в других словарях:

Зона защиты молниеотвода — пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины. Источник: СО 153 34.21.122 2003: Инструкция по устройству… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Зона защиты молниеотвода — пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины. Источник: Приказ Минэнерго РФ от 30.06.2003 N 280 Об… … Официальная терминология

Зона защиты молниеотвода — часть пространства в окрестностях молниеотвода, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью определенной величины. З. з. м. типа А обладает надежностью 99,5% и выше, а типа Б 95% и выше … Российская энциклопедия по охране труда

Зона защиты — участок подземного металлического сооружения, на котором примененными защитными средствами обеспечена защита от коррозии. Источник: snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

зона — 3.11 зона: Пространство, содержащее логически сгруппированные элементы данных в МСП. Примечание Для МСП определяются семь зон. Источник: ГОСТ Р 52535.1 2006: Карты идентификационные. Машиносчитываемые дорожные документы. Часть 1. Машин … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

РД 91.020.00-КТН-276-07: Нормы проектирования молниезащиты объектов магистральных нефтепроводов и коммуникаций ОАО «АК «Транснефть» и дочерних акционерных обществ — Терминология РД 91.020.00 КТН 276 07: Нормы проектирования молниезащиты объектов магистральных нефтепроводов и коммуникаций ОАО «АК «Транснефть» и дочерних акционерных обществ: 3.1 Безопасное расстояние (защитное разделение… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СО 153-34.21.122-2003: Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций — Терминология СО 153 34.21.122 2003: Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций: Безопасное расстояние минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Молниезащита — (a. lightning protection, lightning discharge protection; н. Blitzschutz; ф. protection contre la foudre; и. proteccion contra royo) совокупность мероприятий и техн. средств по предохранению зданий, сооружений, оборудования и электрич.… … Геологическая энциклопедия

МОЛНИЕЗАЩИТА — молниеотвод, громоотвод, устройство для защиты зданий, пром., с. х. и др. сооружений от разрушит, последствий прямого попадания молнии. Молниеотводы устанавливают при стр ве здания или сооружения. Он состоит из молниеприёмника металлич. стержня… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь

ГОСТ 12.1.004-91: Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования — Терминология ГОСТ 12.1.004 91: Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования оригинал документа: Горючая среда Среда, способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания Определения термина из… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений

Приложение 3. Зоны защиты молниеотводов

1. Одиночный стержневой молниеотвод. ¶

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. П3.1), вершина которого находится на высоте h₀ 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные. ¶

¶

при h 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные. ¶

При известных значениях h_c и L (при r_cx= 0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле h = (h_c+ 0,14L) / l,06. ¶

2.2. Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты h₁, и h₂ ≤ 150 м приведена на рис. ПЗ.З. Габаритные размеры торцевых областей зон защиты h₀₁, h₀₂, r₀₁, r₀₂, r_x1, r_x2 определяются по формулам п. 1.1, как для зон защиты обоих типов одиночного стержневого молниеотвода. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам: ¶

¶

где значения hc₁ и hc₂ вычисляются по формулам для h_c п. 2.1 настоящего приложения. ¶

Для двух молниеотводов разной высоты построение зоны А двойного стержневого молниеотвода выполняется при L ≤ 4h_min, а зоны Б — при L ≤ 6h_min. При соответствующих больших расстояниях между молниеотводами они рассматриваются как одиночные. ¶

¶

Рис. ПЗ.З Зона зашиты двух стержневых молниеотводов разной высоты. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 ¶

3. Многократный стержневой молниеотвод. ¶

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода (рис. П3.4) определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h ≤ 150 м (см. пп. 2.1, 2.2 настоящего приложения). ¶

¶

Рис. П3.4. Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 ¶

Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой h_x с надежностью, соответствующей надежности зоны А и зоны Б, является выполнение неравенства r_cx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. В противном случае построение зон защиты должно быть выполнено для одиночных или двойных стержневых молниеотводов в зависимости от выполнения условий п. 2 настоящего приложения. ¶

4. Одиночный тросовый молниеотвод. ¶

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ≤ 150 м приведена на рис. П3.5, где h — высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм 2 при известной высоте опор h_опи длине пролета а высота троса (в метрах) определяется: ¶

¶

при h 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные. При известных значениях h_c и L (при r_cx= 0) высота тросового молниеотвода для зоны Б определяется по формуле h = (h_c + 0,12L)/1,06. ¶

¶

Рис. П3.7. Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты ¶

5.2. Зона защиты двух тросов разной высоты h₁ и h₂ приведена на рис. П3.7. Значения r₀₁, r₀₂, h₀₁, h₀₂, r_x1, r_x2 определяются по формулам п. 4 настоящего приложения как для одиночного тросового молниеотвода. Для определения размеров r_c и h_с используются формулы: ¶

¶

где h_c1 и h_c2 вычисляются по формулам для h_c П.5.1 настоящего приложения. ¶

Источник

Пора отказываться от зон защиты. Расчет молниеотводов

Предрассудки живучи, но не вечны.
Пора отказываться от зон защиты

Зоны защиты – изначально введенное понятие, которое в течение многих лет позволяло проектировать молниезащиту. Их существенный недостаток явно проявился в последние годы, когда резко возросли требования к надежности защиты от прямых ударов молнии, а первоочередной задачей для современной техники стала борьба с электромагнитными наводками. Новые задачи потребовали критического отношения к происхождению зон защиты, их надежности и возможности практического использования. Одновременно в литературе появились методологические проработки компьютерных программ, в той или иной степени основанные на физических представлениях о процессах ориентировки молнии. Возникла необходимость критического анализа возникшей ситуации, в рамках которой надо было пересмотреть и историческую основу используемых зон защиты, и перспективу создания программного продукта, удовлетворяющего требованиях проектирования молниезащиты современных наземных сооружений

Рис. 1
Зона защиты стержневого молниеотвода, построенная по защитному углу в стандарте МЭК 62305

Но ведь проектировщику нет никакого дела до окружающего молниеотвод пространства. Его интересует вполне конкретное сооружение – проектируемый объект. И уже только по одной этой причине проектирование по зонам защиты является избыточным, по крайней мере в большинстве практически значимых ситуаций.

Рис. 2
Фактическая надежность защиты объекта, размещенного в зоне
Защиты одиночного стержневого молниеотвода

Есть над чем поразмыслить.

Откуда взялись зоны защиты

Зоны защиты из существующих нормативных документов не могут быть обоснованы лабораторным экспериментами, результаты которых неоднозначны. Их не удается подтвердить и опытом эксплуатации молниеотводов различный высоты. Он явно недостаточен для этой цели. Во всяком случае нет никаких оснований для совмещения вершины зоны защиты с вершиной молниеотвода при надежности защиты, большей 0,5

На вопрос о происхождении зон защиты трудно дать сколько-нибудь обоснованный и разумный ответ. С середины прошлого века в нашей стране пытались моделировать защитное действие молниеотводов, используя в качестве модели молнии искровой разряд длиной в 1 – 3 м. Искра формировалась под действием импульсного напряжения с временными параметрами 1/50 мкс. Результаты получались вроде бы вполне правдоподобные. На основе экспериментальных данных, как правило, ограниченных, строились зоны защиты. Здесь много зависело от фантазии и вкусов экспериментатора. Для стержневого молниеотвода это всегда были конические круговые поверхности. совпадала с вершиной молниеотвода. Но боковые образующие конуса у разных авторов были самыми разными. Далеко не всегда они изображались прямыми, как на рис. 1. Первоначально для этой цели предпочитали использовать кривые второго порядка, параболы или гиперболы. Полный объем зоны защиты от этого менялся мало,

Лабораторное моделирование продолжают до сих пор, хотя отношение к нему стало куда менее доверительным. Было установлено, что результаты модельных испытаний сильно зависят от длины используемого искрового разряда, от полярности импульсного напряжения и его временных параметров. Об однозначности результатов не могло быть и речи. Тем не менее, лабораторные эксперименты производились хотя бы для того, чтобы качественно сопоставить эффективность молниеотводов различного исполнения (рис. 3).

Рис. 3
Современный эксперимент на открытом воздухе

Фотография молнии в Останкинскую телебашню убедительно подтверждает сказанное (рис. 4). Молния игнорировала вершину башни, ударив в ее

Рис. 4
Молния промахнулась.

боковую поверхность на 202 м ниже. Пусть читатель решает сам, как ему относиться к привычному изображению типовой зоны защиты (рис. 1), которое до сих пор фигурирует в стандарте по молниезащите МЭК…

Закономерен вопрос об использовании практического опыта эксплуатации молниеотводов различной высоты. К сожалению элементарные оценки не дают здесь никаких оснований для оптимизма. Чтобы оценить надежность защиты на уровне 0,999, которую требуют наиболее ответственные объекты, нужно зафиксировать никак не меньше 1000 прямых ударов молнии. Для стержневого молниеотвода высотой 100 м на территории России для этого потребуется примерно 1000 объектов-лет. Для молниеотвода высотой 30 м это число возрастет еще на порядок величины, а для молниеотвода в 10 м даже на 2 порядка. В реальности объем наблюдений окажется еще в несколько раз больше, потому что каждый молниеотвод нужно будет рассматривать в совокупности с объектами различной высоты. Трудно надеяться на организацию подобных исследований. Единственной надеждой представляется мировой опыт наблюдения за работой тросовых молниеотводов на линиях электропередачи. К сожалению, он ограничен узким диапазоном высот подвеса тросов и их расположением относительно фазных проводов.

Вопрос о достоверности зон защиты в отечественных руководствах по молниезащите пока приходится оставить открытым.

Весомы ли основания для дискриминации зон защиты?

Проектировщики не случайно используют в своей практике только одиночные и двойные молниеотводы. Для более сложных систем молниеотводов зоны защиты попросту не существуют. Это очень большой недостаток, потому что использование многократных молниеотводов позволяет добиться требуемой надежности защиты при существенно меньшей их высоте, а следовательно, и при меньшей вероятности возбуждения сильных электромагнитных наводок от тока молнии..

Разумно на время забыть о происхождении и достоверности зон защиты, чтобы рассмотреть проблемы, с которыми столкнется использующий их проектировщик. Начинать надо с чисто формального момента. Номенклатура зон защиты крайне ограничена. В стандарте МЭК 62305 зоны защиты представлены только для одиночного стержневого молниеотвода. В российских нормативных документах положение несколько лучше, но и там выбор ограничен зонами одиночных и двойных стержневых и тросовых молниеотводов, обязательно однотипных. При таком скудном наборе большинство практических ситуаций оказывается невоспроизводимым, особенно когда дело касается использования естественных молниеотводов. Приходится забыть о коллективном действии молниеотводов и в лучшем случае рассматривать их попарно. К чему это приводит, дает представление рис. 6. У резервуара радиусом 100 и высотой 27,5 м. 4 стержневых молниеотвода высотой по 40 м.. Там же нанесены попарно построенные их зоны защиты. Резервуар не входит в объем зон и потому должен считаться незащищенным, хотя на самом деле молниеотводы очень неплохо ограничивают прямые удары молнии, обеспечивая надежность защиты на уровне 0,99…

Рис. 5

В эффективности многократных молниеотводов позволяют убедиться и результаты компьютерных расчетов на рис. 7, где представлены зависимости надежности

Рис. 6
К оценке коллективного действия молниеотводов

защиты сооружения 50 х 50 м высотой 30 м от высоты различной системы молниеотводов, которые располагались с удалением 10 м. Легко убедиться, что при надежности защиты 0,99 переход от одиночного стержневого молниеотвода к системе из 4-х стержней позволяет уменьшить их высоту почти в 3 раза, Если учесть, что стоимость сооружения приблизительно пропорциональна кубу его высоты, переход к многократным молниеотводам обещает вполне реальную экономию капитальных вложений в молниезащиту. Но в настоящее время такая экономия далеко не самое главное.

Как быть с расчетной моделью?

Нужной номенклатуры зон защиты не существует. Чтобы использовать в своей работе многократные молниеотводы, проектировщику приходится рассчитывать только на расчетную компьютерную модель, доведенную до рабочей программы. Такая модель должна быть создана и обязательно протестирована по результатам опыта эксплуатации. Иного выхода не предвидится.

У команды, которую представляет автор этой статьи, большой опыт создания самых разных по своему назначению расчетных программ. Организация работы над ними может быть принципиально различной в зависимости от степени изученности того физического процесса, что подлежит моделированию. Принципиально различаются две реально значимые ситуации. Первая из них характерна для случая, когда все аспекты физических механизмов, определяющих свойства моделируемого процесса, хорошо известны и надежно количественно описаны. У программиста-физика такая задача не создает особых проблем. Физическое содержание расчетной модели ему понятно, а набор функциональных зависимостей достаточен для количественного описание ее деталей. Сложности программирования есть, но они скорее в сфере деятельности программиста- математика.. Ему приходится позаботиться о выборе устойчивых расчетных схем, которые позволили бы совершить очень большое число расчетных шагов в пространстве и времени без нарушения устойчивости и ввода в расчет фатальных ошибок. Часто это очень сложная задача, особенно когда рассматриваемые процессы различаются по своим временным масштабам. Например, корона от вершины молниеотвода формируется в электрическом поле грозового облака в течение 10 – 100 с, а электроны, созданные в сильном поле, существуют едва ли 10-7 с. Модель должна обеспечивать расчетную устойчивость в течение нескольких миллиардов расчетных шагов, иногда и еще на порядки больше. Неудивительно, что многие задачи такого рода не решены до сих пор. Прогресс дается здесь с очень большим трудом..

Проблема с моделирование разряда молнии по своей постановке принципиально иная. Наука об атмосферном электричестве далека от завершения. Многие детали механизма зарождения и развития молнии известны лишь на качественном уровне. Развитые гипотезы не продвинулись дальше чисто умозрительного описания, а набор количественных характеристик, крайне ограничен и далеко не всегда достоверен. В такой очень непростой ситуации нужно построить расчетную компьютерную модель, которая, невзирая на ограниченность расчетных данных, сумела бы достоверно передать основные проявления физики молнии.

Как правило, представления о процессе ориентировки молнии основывается на гипотезе Голда, которая предполагает, что началу ориентировки дает старт встречного лидера от наземных сооружений под действием электрического поля грозового облака и лидера нисходящей молнии. Тем самым предопределяется высота ориентировки, начиная с которой движение молнии перестает быть случайны и подчиняется определенным статистическим закономерностям. Молния, ориентированная в направлении системы молниеовод-объект, должна завершить свой полет на одном из этих сооружений. Сегодня определенно установлено, что выбор точки удара осуществляется в результате конкурирующего развития от них встречных лидеров. Даже для лабораторных промежутков процесс конкурирующего развития исследован лишь на качественном уровне. Для его количественного описания в рамках вероятностных закономерностей явно не хватает фактических данных.

Тем не менее, время не ждет. Расчетная модель остро необходима и для ее создания неизбежно приходится опираться на тот набор фактических данных, что уже освоен специалистами. Иного попросту не существует. Известная поговорка ”Лучшее – враг хорошего” здесь точно на месте. Расчетную модель приходилось создавать ”крупными мазками”, допуская вполне очевидные прорехи, но отображая при этом главное – статистическую природу развития длинной искры и молнии. На рис. 8 напряжение одновременно подано на два разрядных промежутка различной длины. В любом лабораторном эксперименте легко установить, что пробиться может не только наиболее короткий, но и более длинный, хотя и с другой, меньшей вероятностью. Фотография справа – убедительное тому подтверждение, равно как и фотография молнии на рис. 4.

Рис. 7
Эффективность многократных молниеотводов

Важно было освободить модель от всего второстепенного и в максимально возможной степени использовать те опытные данные, что представительны и не вызывают сомнений. В первую очередь речь пойдет о радиусе стягивания молний Rat. Для стержневого молниеотвода высотой h у подавляющего большинства авторов достоверным считается соотношение

Источник

Молниезащита. Виды, характеристики, назначение и доказательство необходимости

Введение

Вопрос защиты от прямых ударов молнии становится актуальнее с каждым днем. Согласно прогнозам, увеличение числа гроз (грозовой активности) связано с потеплением климата и растет на 10 % на каждый градус, (по другим данным — увеличивается на 12 ±5 % на каждый градус) глобального потепления и в итоге возрастет примерно на 50 % в течение этого столетия.

Опасность молнии и необходимость защиты от нее людям известна с древности. Если ещё в относительно недавние времена основной опасностью удара молнии были пожары и физические повреждения зданий, вызванные ее термическим и механическим воздействием, то развитие электронной техники и всеобщая цифровизация жизни закономерно ставят дополнительный вопрос защиты электронной аппаратуры от импульсных перенапряжений, вызванных воздействием молнии.

Статистика

Каждый такой инцидент — не просто несчастный случай, но ещё и дополнительные расходы как владельцев пострадавших объектов (в большинстве случаев значительно превышающие стоимость системы молниезащиты), так и средств федерального и областных бюджетов.

В грозовой период новости пестрят информацией о погибших и пострадавших от удара молнии. К примеру, только в 2020 году таких случаев насчитывается более 27, в 2021 году — уже 5. Молния не щадит и домашних животных — на фермах, в конюшнях и пасущихся в поле. Только за 2020 год в разных регионах России погибли более 100 животных.

Необходимость молниезащиты

Наиболее эффективным способом борьбы с прямым ударом молнии и ее вторичными проявлениями было и остается применение систем молниезащиты, назначение которых — переориентирование от защищаемого объекта и непосредственный прием прямого разряда, распределение и рассеяние тока молнии в земле. Они состоят из внешней молниезащиты или молниеотвода, включающего в себя молниеприемник, токоотвод и систему заземления, и внутренней — УЗИП, предупреждающие прорыв тока молнии в объект.

Необходимость устройства молниезащиты зданий, сооружений и оборудования определены Федеральным законом от 22.07. 2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» как один из способов предупреждения пожаров и иными законодательными нормами Российской Федерации в области пожарной безопасности.

Традиционно для молниезащиты (грозозащиты) использовались проверенные практикой классические стержневые и тросовые молниеотводы, а также молниеприемная сетка.

Немного истории

Сегодня считается, что молниеотвод изобрел Бенджамин Франклин. Более 250 лет назад, в 1752 году, он экспериментально доказал электрическую природу молнии и предложил способ защиты от нее с помощью заземленного металлического стержня.

Самый старый в мире молниеотвод, из известных сохранившихся, находится в России, на построенной в первой половине 18-го века знаменитой Невьянской башне в городе Невьянск Свердловской области.

Молниеотвод на Невьянской башне

На вершине башни расположен заземленный, через каркас здания, металлический шпиль с покрытым шипами металлическим шаром и расположенным чуть ниже флюгером, на котором выбит дворянский герб Демидовых. Разные источники называют даты окончания постройки башни между 1721 и 1742 годами, то есть, как минимум за 10 лет до изобретения молниеотвода Франклином.

Действующие нормативы

На сегодняшний день в России действуют три основных нормативных документа по традиционной или классической/пассивной молниезащите:

Совместное применение последних двух наиболее часто используемых в практике современной молниезащиты определено письмом Ростехнадзора от 01.12.2004 № 10-03-04/182. Этими нормативными документами определен порядок проектирования, монтажа, эксплуатации и технического обслуживания классических систем пассивной молниезащиты — тросовых, стержневых и сетчатых.

Важнейшей характеристикой любых систем молниезащиты является надежность защиты от прямого удара молнии, то есть величина, определяемая как 1-Р, где Р — вероятность прорыва в процентах прямого удара молнии к объекту, находящемуся в пределах зоны защиты молниеотвода.

Таблица 1. Надежность защиты от прямого удара молнии определена СО 153-34.21.122-2003

Зоны защиты классических молниеотводов

Наиболее распространены в мировой практике стержневые молниеотводы, отлично защищающие различные объекты на протяжении более чем 260 лет. Зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода, согласно РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003 является конус с прямолинейной образующей. Вершина конуса находится на оси молниеотвода и расположена ниже вершины молниеприемника.

Размеры зоны защиты (высота и радиус защиты на уровне земли) зависят от заданной надежности защиты и от высоты молниеотвода. Добавим, что эта зависимость — линейная (см. схему ниже).

Зона защиты стержневого молниеотвода

Объект считается защищенным с заданной надежностью от прямого удара молнии, если целиком располагается внутри зоны защиты молниеотвода.

Объект полностью находится в зоне защиты молниеотвода. Фронтальная и горизонтальная проекции

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода в данных нормативах рассчитывается как зона защиты большого количества стержневых молниеотводов, расположенных в линию заданной длины.

Кроме того, в СО 153-34.21.122-2003 определена возможность проектирования зон защиты молниеотводов по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 62305) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими. При этом, в отличие от РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003, высота молниеотвода определяется от горизонтальной поверхности, которая будет защищена.

Активные молниеприемники МОЭС

В последние 25 лет стали популярны так называемые «активные» молниеприемники, обладающие более высокой степенью надежности и расширенной зоной защиты.

Для справки
Образование молнии начинается с формирования нисходящего от облака в направлении Земли лидера, представляющего собой проводящий плазменный канал. В настоящее время считается, что зарождение лидера в грозовом облаке не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо объектов (неровностей рельефа, строительных конструкций и т. п.).
Продвигающийся к земле нисходящий ступенчатый лидер молнии инициирует появление и развитие направленных к грозовому облаку встречных (восходящих) лидеров как с наземных объектов: элементов крыши, архитектурных форм, оборудования на крыше и стенах и т. п., так и с установленных молниеприемников. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.
Исходя из этого, роль системы молниезащиты, с точки зрения развития восходящего лидера, заключается в формировании устойчивого восходящего лидера с вершины молниеприемника раньше, чем с любых элементов наземного объекта. Являясь основным элементом системы молниезащиты, в функцию которого как раз и входит инициация и развитие устойчивого восходящего лидера ранее, чем от элементов объекта, молниеприемник должен создавать для этого оптимальные условия. Известно, что в условиях конкурирующего развития восходящих лидеров от элементов объекта и молниеприемников, более ранний устойчивый лидер подавляет возникновение остальных. Момент начала формирования на вершине молниеприемника восходящего лидера соответствует началу ориентировки молнии к молниеприемнику. Задачу опережающего формирования восходящего лидера от молниеприемника ранее чем от элементов защищаемого объекта с успехом решают системы защиты от прямого удара молнии с использованием молниеприемников с опережающей эмиссией стримера или, если кратко, МОЭС (англ. ESEAT — Early streamer emission air terminal). Другое распространенное название в России — активный молниеприемник.

Принцип действия МОЭС. Кратко

Рассмотрим принцип действия МОЭС на примере молниеприемников Forend производства турецкой компании Forend Elektrik A. S. В этом случае основой МОЭС является генератор высоковольтных импульсов, расположенный в корпусе с острием. Такое устройство монтируются на здании, сооружении или отдельно стоящей мачте и создает зону защиты от прямого удара молнии для всех объектов, в том числе, антенн и архитектурно-ландшафтных объектов кровли.

При возникновении определенных условий за счет разницы потенциалов между нисходящим лидером и поверхностью земли, генератор начинает вырабатывать высоковольтные импульсы. Как следствие, за доли секунды до разряда молнии на острие молниеприемника начинается эмиссия заряженных частиц и возникает стримерная вспышка, образующая встречный восходящий разряд — лидер с зарядом, противоположным заряду грозового облака. При этом для работы генератора не требуется использование внешнего источника питания. В ряде моделей МОЭС использованы поддерживающие ионизацию активные и пассивные электроды.

За счет принудительной генерации, опережающей стримерной вспышки и формирования восходящего лидера, увеличивается эффективная высота МОЭС по сравнению с классическим пассивным молниеприемником, в результате чего перехват нисходящего лидера молнии осуществляется раньше. Как следствие, увеличивается размер зоны защиты наземных объектов. В результате, при прочих равных, с классическими «пассивными» системами, условиях, удается обойтись меньшим количеством молниеприемников и токоотводов и/или меньшей высотой установки МОЭС.

Элементы системы молниезащиты

Система молниезащиты с МОЭС аналогична классическим пассивным системам и включает в себя элементы, указанные на рисунке ниже.

Элементы системы молниезащиты и защищаемого объекта

Примечание
Соединение токоотвод-заземлитель, а также горизонтального и вертикального заземлителей должно выполняться в смотровом (инспекционном) колодце.

Технические характеристики МОЭС

Корпус активной молниезащиты, как правило, изготовлен из нержавеющей стали, что позволяет обеспечить устойчивость к коррозии. Аэродинамическая конструкция МОЭС позволяет, как и классическим стержневым молниеприемникам, с успехом противостоять давлению ветра при грозе.

Разные типы корпусов МОЭС на примере молниеприемников Forend

Зоны защиты МОЭС

Основной характеристикой МОЭС является время опережения — ΔT, измеряемая в микросекундах. Другими словами, это разница во времени инициирования устойчивого восходящего лидера от МОЭС ранее, чем от «пассивного» молниеприемника аналогичной высоты. Этот параметр определяется экспериментально для каждого типа молниеприемника при моделировании реальных условий грозовой деятельности в лаборатории высокого напряжения.

Выбор конкретной модели МОЭС зависит от характеристик защищаемого объекта, требуемого уровня защиты, радиуса зоны защиты и высоты установки молниеприемника. Радиус (Rp) защиты МОЭС зависит от времени опережения (ΔT) и высоты (h) его установки.

Таблица 2. Зависимость радиуса защиты МОЭС от основных его характеристик

Как видно из приведенной таблицы, оптимальным, с точки зрения размеров зоны защиты и финансовых затрат, является установка МОЭС на высоте 6 метров над самой верхней точки защищаемого объекта. Радиус защиты, который в отдельных случаях может доходить до 107 метров, МОЭС позволяет одним молниеприемником обеспечить защиту площади до 36 тыс. кв. м с большей надежностью, чем классические виды пассивных молниеотводов. При необходимости защиты здания большей площади можно использовать 2-3 таких молниеприемника.

Количество молниеприемников

Сравним зоны защиты МОЭС Forend EU (ΔT=60 мкс) с зоной защиты стержневого молниеотвода. Радиус защиты данного устройства на 6-метровой мачте составляет 97 метров для III уровня защиты (наиболее распространен). В то же время рассчитанный по защитному углу стандарта IEC 62305-3:2010 для стержневого молниеприемника той же высоты (высота мачты+высота корпуса МОЭС=6,5 метров) радиус зоны защиты составит 15,3 метра (угол при вершине α=67 о ).

Для защиты здания размерами 48×180 метров необходимо использовать либо один расположенный в центре крыши здания активный молниеприемник, либо двадцать классических стержневых молниеприемников той же высоты.

Схема соотношения активной молниезащиты (слева) к пассивной (справа)

Еще более наглядно выглядит пример защиты нескольких близко расположенных зданий. Так, для защиты сооружений, стоящих неподалёку друг от друга, размеры одного из которых 48×90, а другого — 48×160, достаточно всего одного МОЭС типа Forend EU либо тридцать восемь классических стержневых молниеприемников той же высоты.

Активная защита двух близкорасположенных зданий в сравнении с пассивной

Размеры зоны защиты МОЭС позволяют уменьшить по сравнению с классическими пассивными системами молниезащиты общее количество молниеприемников на протяженных территориях и крупных объектах, а также снизить объем и общую стоимость материалов и работ при их возведении и ежегодном техническом обслуживании.

Перспективы

В конце 2020 года принят межгосударственный стандарт по системам молниезащиты с опережающей эмиссией стримера — ГОСТ 34696-2020 «Системы молниезащиты с опережающей эмиссией стримера. Технические требования и методы испытаний», определяющий порядок применения указанных систем. Есть надежда, что данный норматив вскоре будет введен в действие на территории России.

В настоящее время компанией «Электра», как одной из разработчиков ГОСТ 34696-2020, создана «Инструкция по защите от прямого удара молнии зданий, сооружений и открытых территорий системами с опережающей эмиссией стримера. Проектирование, монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание». Документ представляет собой переработанный и дополненный собственный аутентичный технический перевод на русский язык стандарта Франции NF C 17-102 (редакция от сентября 2011 года) с французского и английского языков. Одновременно использованы применимые для МОЭС общие положения, термины, определения, требования и методы испытаний из государственных стандартов ГОСТ Р, распространяющихся на классические пассивные системы молниезащиты.

Применение упомянутой выше инструкции на территории Российской Федерации рекомендовано письмом СЦНТИ РЭА Министерства энергетики Российской Федерации от 22.09.2020 № 46.

Оптимальное решение

При проектировании молниезащиты необходимо сочетание эффективности защиты и экономичности проекта. При этом финансовая составляющая зачастую наиболее важна для заказчика, и является определяющим параметром в выборе между различными проектными решениями при прочих равных условиях.

Оптимальный выбор молниеприемников и их расположение на защищаемом объекте позволит также снизить затраты на прочие материалы (токоотводы в первую очередь) и земляные работы при устройстве заземления молниезащиты. Так, для отвода тока молнии в случае применения МОЭС необходимо всего два токоотвода на каждый из них. В то же время, при использовании классических пассивных молниеприемников, большее количество вертикальных, расположенных по стенам здания, токоотводов и грамотная конструкция заземлителей способствует более равномерному распределению тока молнии и стабильности электромагнитной обстановки внутри здания.

Безусловно, молниеприемники МОЭС не смогут полностью заменить традиционные, проверенные сотней лет, стержневые и тросовые молниеотводы. Оба продукта должны сосуществовать одновременно, а применение того или иного должно обуславливаться, прежде всего, эффективностью и целесообразностью финансовых затрат на защиту от риска прямого удара молнии.

Источник: Компания «Электра»

Источник