Молниезащита

Распространенная ситуация, которая встречается в вопросах молниезащиты: отрицательный лидер развивается от облака в сторону земли. Грозовая туча и лидер молнии, который из нее опускается (рис 1), индуцирует на земле и различных объектов заряды противоположного знака. На частях объектов, находящихся над землей, возникает высокая напряженностьность электрического поля, которая может достичь уровней, достаточных для ионизации воздуха и развития встречных лидеров. Развитие лидеров молнии.
Лидер молнии и встречные лидеры могут развиваться и сблизиться до полного контакта. В основу принципа действия так называемой внешней молниезащиты как раз и положено взаимодействие этих лидеров: систему молние приемников необходимо расположить таким образом, чтобы встречные лидеры которые проходят через них «перехватили» лидер молнии и не «пропустили» его к объектам защиты, далее ток молнии отводится с помощью токоотводов к заземлителям.
Высота, с которой лидер начинает ориентироваться на наиболее высокий заземленный объект, называется высотой ориентирования молнии. В литературе можно найти выражения для расчета так называемого радиуса притяжения молнии, т.е. расстояния, с которого она ориентируется на объект.
При значительных высотах молниеотвода (или объекта) на вершине индуцируется большой заряд, напряженность поля резко возрастает, ионизация охватывает всю верхнюю часть молниеотвода, и выборочные свойства молнии попасть именно в вершок молниеотвода значительно ослабевают. Поэтому в задачах расчета зон защиты молниеотвода принимают определенную эффективную высоту, несколько меньше его фактической высоты.
Надежность молниезащиты связывают с числом прорывов молнии за 1 год на защищенный объект или числом лет, за который ожидается один прорыв молнии в зону защиты.
Вероятность прорыва молнии на объект особенно велика при его расположении на краю зоны защиты. Чем «глубже» находится объект, тем эта вероятность меньше. Наименьшая вероятность прорыва молнии наобъект соответствует его размещению в глубине внутренней части зоны защиты многократных молниеотводов.
Существуют современные требования и стандарты, методики расчета применяемые к устройству молние защиты в Украине ДСТУ Б В.2.5.-38:2008. Требования настоящего стандарта распространяются на проектирование, строительство, реконструкцию и эксплуатацию молниезащиты всех видов зданий, сооружений и промышленных коммуникаций независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности. В случае, когда требования отраслевых нормативных документов являются более жесткими, чем в этом документе, при разработке молниезащиты рекомендуется выполнять отраслевые требования.
Зоны защиты в документе (Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений) применяемые в России определены на основе вероятностного под-хода. В ДСТУ Б В.2.5.-38: 2008, в частях, которые учитывают международные нормы, зоны защиты определяют по електрогеометричним подходам. В других частях вероятностным подходом. Некоторые выдержки из этих нормативных документов приведены ниже.
Согласно ДСТУ, классификацию объектов осуществляют по опасности разрядов молнии для самого объекта и его окружения. Объекты делятся на обычные и специальные.
Обычные объекты (промышленные предприятия, животноводческие и птицефабрики , жилые и административные здания, универмаги, банки, страховые компании, дошкольные учреждения, школы, больницы, приюты для старых, музеи и археологические памятники, спортивные сооружения и т.п.).
Специальные объекты: объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения (нефтеперерабатывающие предприятия, заправочные станции, предприятия по производтву и хранения, использованя взрывчатых веществ)
Объекты, представляющие экологическую опасность (химические заводы, атомныеэлектростанции, биохимические фабрики и лаборатории)
Объекты с ограниченной опасностью (пожароопасные предприятия, электростанции, подстанции и линии электропередачи, средства связи)
Другие объекты (строения высотой выше 60 м, строящиеся объекты).
В зависимости от ожидаемого количества поражений объекта молнией за год, общественного его значения и тяжести последствий необходимость монтажа молниезащиты и его уровень определяются по таблице приведеной в ДСТУ.
В стандарте ДСТУ предусмотрено четыре уровня молниезащиты (РБЗ I, II,III, IV) (РБЗ рівень блискавкозахисту). Для каждого уровня установлены фиксированные параметры тока молнии, в т.ч. максимальные и минимальные, значениеамплитуды тока. Максимальные значения параметров тока молнии используются для расчетов сечения проводников; толщины металлической кровли и корпусов резервуаров, которые могут иметь контакт с молнией; номинального разрядного тока устройств защиты от импу-льсних перенапряжений (УЗИП), безопасного расстояния для предотвращения опасного искрения, определение параметров испытания системы молниезащиты или ее отдельных компонентов и т.д.. Двухстержневой молниеотводМинимальные значения амплитуды тока молнии используются для установления радиуса фиктивной сферы («катающейся сферы»), с помощью которой может проводиться расчет молниеприемников (объема защиты) и определятся зона защиты от воздействия молний.
Надежность защиты от прямого попадания молнии для различных уровней рекомендуется принимать:
0,99 ÷ 0,999 - для объектов I,
РБЗ;0,95 ÷ 0,99 - для объектов II,
РБЗ;0,9 ÷ 0,95 - для объектов III,
не ниже 0,85 - для объектов IV.
Защита объектов обеспечивают молниеотводами различных типов: единичным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым или их комбинациями. Молниеотводы могут быть естественными и искусственными.Единичная стержневая молниезащита Необходимые размеры молниеотводов можно выбирать, пользуясь формулами и методиками определения зон защиты, которые соответствуют определенному и заданному значению надежности молниезащиты. При проектировании молниезащиты для обычного объекта, допускается определение зон защиты по защитному углу или методом фиктивной сферы. Для объектов высотой до 60 м в стандарте приводятся рекомендации по определению зон защиты по методам защитного угла, фиктивной сферы и защитной сетки. Целесообразно использовать эти методы в следующих случаях:
 Метод защитного угла - для простых по форме сооружений и объектов ІV уровня безопасности, или для маленьких частей больших сооружений;
Метод фиктивной сферы - для сооружений сложной формы;
Применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей.
При применении метода защитного угла стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещают так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты, образованной под углом α к вертикали. Метод защитного угла не используют, если высота больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный по таблице в ДСТУ для соответствующего уровня защиты.
Метод фиктивной сферы используется для определения зоны защиты молниеотводов части или участков сооружения, когда согласно ДСТУ исключено определение зоны защиты по защитному углу. Объект считается защищенным, если фиктивная сфера, касаясь поверхности молниеотвода и плоскости, на которой тот установлен, не имеет общих точек с объектом который защищают.