Ниже приведены методики расчета молниеотводов разных конструкций высотой до 150 м.
Одиночный стержневой молниеотвод. Зона его защиты представляет собой конус (рисунок 2), вершина которого находится на высоте h0<h, основание образует круг радиусом R0. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого уровня сооружения hx представляет собой круг радиусом Rx. Эти величины составят:
- для зоны типа А
h0 = 0,85h; R0 = (1,1 - 0,002h)h;
Rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85);
- для зоны типа Б
h0 = 0,92h; R0 = 1,5h; Rx = 1,5(h - hx/0,92),
где Rx и hx определяют по закону подобия треугольников.
Для зоны типа Б высоту молниеотвода при известных величинах hx и Rx устанавливают по формуле:
h = (Rx + 1,63hx)/1,5.
Рисунок 2 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
Двойной стержневой молниеотвод (рисунок 3). Торцевые части зоны защиты определяют как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Значение h0, R0, Rx1 и Rx2 расчитывают по выше приведенным формулам для обоих типов зон защиты.
Внутренние области зон защиты имеют следующие габаритные размеры:
- зона типа А:
при L ≤ h hc = h0; Rc = R0; Rcx = Rx;
при h < L ≤ 2h hc = h0-(0,17 + 3×10-4h)(L - h);
Rc = R0; Rcx = R0(hc - hx)/ hc;
при
2h < L ≤ 4h
;
;
;
- зона типа Б:
при L ≤ h hc = h0; Rcx = Rx; Rc = R0;
при h < L ≤ 6h, hc = h0 - 0,14(L - h);
Rc = R0; Rcx = R0(hc - hx)/ hc;
При больших расстояниях молниеотводы следует рассматривать как одиночные.
При известных hc, L и Rcx = 0 высоту молниеотвода для зоны типа Б определяют по формуле:
h = (hc + 0,14L)/1,06.
Рисунок 3 – Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
1 – граница зоны защиты на уровне hx1; 2 – то же на уровне hx2,
3 – то же на уровне земли
Одиночный тросовый молниеотвод. Зона его защиты приведена на рисунке 5, где h – расстояние по высоте до троса в точке наибольшего провеса.
С учетом стрелы провеса при известной высоте опор hоп и длине пролета а < 120 м высота до троса h = hоп - 2 м, а при а=120...150 h = hоп - 3 м.
Зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов имеют следующие размеры.
Для зоны типа А:
h0 = 0,85h; R0 = (1,35 - 0,0025h)h;
Rx = (1,35 - 0,0025h)(h - hx/0,85).
Для типа Б:
h0 = 0,92h; R0 = 1,7h ; Rх = 1,7(h - hx/0,92).
Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных hx и Rx равна h = (Rx + 1,85hx)/1,7.
Рисунок 5 – Зона защиты одиночного тросового молниеотвода
1 – граница зоны защиты на уровне земли;
2 – граница зоны защиты на уровне hx
6 Пример расчета
Рассчитать высоту отдельно стоящего стержневого молниеотвода для защиты от прямых ударов молнии здания склада лакокрасочных материалов (ЛКМ) предприятия.
Здание расположено в Республике Башкортостан, имеет размеры:
L = 27 м; S = 18 м; h = 6 м.
Расчеты ведем в следующем порядке.
1. Определяем по классификации ПУЭ класс взрывопожароопасной зоны для склада ЛКМ. ЛКМ обычно изготовляются на основе легковоспламеняющихся жидкостей и склад является взрывоопасной зоной. Однако ЛКМ поступают и хранятся на складе в герметичной таре. Образование взрывоопасных смесей в здании склада возможно в случае неисправной тары. Следовательно, склад ЛКМ по классификации ПУЭ относится к классу В-1а.
2. Определяем требуемую категорию устройства защиты склада ЛКМ от воздействия атмосферного электричества. Согласно п.2 здания и сооружения, в которых имеются взрывоопасные зоны класса В-1а, относятся ко II категории защиты и должны быть защищены от всех четырех опасных факторов атмосферного электричества.
3. Определяем требуемый тип защиты для склада ЛКМ.
По карте среднегодовой продолжительности гроз находим, что интенсивность грозовой деятельности на территории РБ составляет 40…60 ч в год.
Согласно таблице 1 такой интенсивности соответствует среднегодовое число ударов молнии, приходящееся на 1 км2 площади, равное n = 4. Ожидаемое число поражений склада ЛКМ молнией в течение года при отсутствии молниеотвода определяется по формуле:
Подставляя известные данные, получаем:
Так как N<1, то принимаем зону защиты типа Б.
4. Выписываем геометрические размеры зоны защиты типа Б:
;
rо
= 1,5hм;
rх
= 1,5(hм -
hх/0,92),
где hо – высота конуса зоны защиты; hм – высота стержневого молниеотвода; rх – радиус зоны защиты на уровне земли; rо – радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта; hх – высота защищаемого объекта.
5. Определяем радиус rо зоны защиты на высоте объекта, используя графический метод. Наносим в выбранном масштабе на лист бумаги план склада ЛКМ (вид сверху). Выбираем и наносим на схему точку установки молниеотвода (для объектов II категории расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом не нормируется). Считая эту точку центром, описываем окружность такого радиуса, чтобы защищаемый объект (склад ЛКМ) вписался в нее. Снимаем со схемы значение радиуса rх; r = 27,5 м.
Рисунок 6 – К расчету высоты отдельно стоящего стержневого молниеотвода
1 – защищаемый объект; 2 – место установки молниеотвода
6. Определяем высоту молниеотвода:
hм = (rх + 1,63hх)/1,5; hм = 25 м
7. Определяем другие размеры зоны защиты:
ho = 22,8 м; rх = 37,3 м
8. Строим на схеме зону защиты (вид сбоку) и проверяем графически вписываемость объекта здания склада в зону защиты по высоте.