Типовые расчеты молниеотводов

В настоящее время существуют два одновременно действующих нормативных документа по молниезащите: Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 и Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153-34.21.122-2003. В данной статье мы поможем рассчитать защитное действие простейшего молниеотвода (громоотвода) в соответствии с РД 34.21.122-87. Расчет многокомпонентных или объемных систем молниезащиты лучше доверить специалистам.

Расчет молниеотвода выполняется в зависимости от его типа, который, в свою очередь, зависит от различных параметров – формы, размеров и конструктивных особенностей объектов, их положения относительно других строений. Различают громоотводы двух типов – стержневые и тросовые, которые в свою очередь делятся на одиночные, двойные и многократные.

При высоте до 150 метров стержневой громоотвод обеспечивает определенную защитную зону.

Под зоной защиты понимают часть пространства/области вокруг молниеотвода, внутри которого он способен защитить строение от прямых попаданий разрядов с заданным уровнем надежности. Зоны громоотводов бывают двух основных видов: А – с уровнем надежности не менее 99,5%; Б – с уровнем надежности не менее 95%. Для большинства строений сельскохозяйственного сектора достаточно зоны Б-типа.

Стержневой молниеотвод

При высоте до 150 метров защитное пространство стержневого громоотвода имеет конусовидную форму, основание которой представляет собой круг радиусом r_х, а вершина расположена на высоте H₀ < H. 

Эти размеры для зоны А-типа вычисляются при помощи уравнения:

H₀ = 0,85H; R₀ = (1,1 - 0,002H)H; R_х = (1,1 - 0,002H)(H – H_х/0,85),

для  зоны Б-типа формула несколько иная:

H₀ = 0,92H; R₀ = 1,5H; R_х = 1,5(H – H_х/0,92).

Если имеются значения Н_х и R_х, то высота молниеотвода для защитного пространства Б-типа

H = (R_х + 1,63H_х)/1,5.

Двойной стержневой молниеотвод

Защитные пространства пары молниеотводов стержневого типа влияют друг на друга, если L < 6А. При этом величины H₀, R₀, R_х рассчитываются в том же порядке, как и для громоотвода стержневого одиночного типа. Для определения защитной области между несколькими стержнями молниеотвода используют другое уравнение:

Для зоны А-типа:

при L ≤ H

H_c = H0 = 0,85H; R_c = R₀ = (1,1 - 0,002H)H; R_cx = R_x = (1,1 - 0,002H)(H – H_x/0,85);

при 2H < L ≤ 4H

H_c = H₀ - (0,17 + 3·10-4H)(L - H); R_c = R₀; R_cx = R₀(H_c – H_x)/H_c.

Для зоны Б-типа:

при L ≤ H

H_c = H₀; R_cx = R_x; R_c = R₀;

при H < L< 6H

H_c = H₀ - 0,14(L - H); R_c = R₀; R_cx = R₀(H_c – H_x/H_c)

Если имеются размеры H_c, L и R_cx = 0, то для защитной области Б-типа высота громоотвода рассчитывается посредством уравнения

H = (H_c +0,14H)/1,06.

Если между двумя стержневыми громоотводами расстояние увеличивается до L > 6H, они уже не образуют пару и считаются одиночными, при этом их объединенное защитное поле прекращает существовать.

Тросовый молниеотвод

Защитная пространство одиночного тросового молниеотвода принимается ограниченной в верхней части проходящей через точку max прогиба троса горизонтальной прямой, а ее боковые части принимаются аналогичными боковым частям одиночного громоотвода.

Расчет защитного пространства тросового громоотвода выполняется на основе уравнения:

для зоны А-типа:

H₀ = 0,85/H; R₀ = (1,35 - 0,0025H)H;

R_x = (1,35 - 0,0025H)(H - H_x0,85);

для Б-типа:

H₀ = 0,92H; R₀ = 1,7А; R_x = 1,7(H - R_x/0,92).

Если известны величины H_x и R_x, то для защитного пространства Б-типа высота одиночного громоотвода тросового типа: 

H = (R_x+ 1,85H_x)/1,7.

Данные геометрические формулы расчёта зон защищённости одиночных и тросовых молниеотводов, проведённые в нормах РФ по молниезащите, являются производными от специальной компьютерной программы для определения вероятности прорыва тока молнии к объектам молниезащиты. Современным и более точным методом расчета уровня защищенности не только простых, но и многокомпонентных систем является использование специальной компьютерной программы рекомендуемой нормативом СО 153-343.21.122-2003.