Защитные зоны стержневых молниеотводов.

Ответ:Молниеотводы как средство защиты наземных сооружений от прямых ударов молнии получили признание только в середине XVIII в. в результате работ Ломоносова и Франклина. В настоящее время доказано, что молниеотводы воспринимают удары молнии в определенной зоне на себя и отводят ток молнии в землю. Так как импульсный искровой разряд в длинных воздушных промежутках обладает качественным сходством с процессом грозового разряда, то в лабораторных условиях были проведены опыты на моделях для определения того пространства вокруг молниеотвода, которое не поражается. Опыты проводились по схеме рис. 21. На электрод А, имитирующий конец лидерного канала молнии на высоте ориентировки Н, размещенный над моделью молниеотвода h при ////i = 20, подавался стандартный импульс напряжения положительной полярности и производилось несколько разрядов. Затем электрод А перемещался в горизонтальном направлении от вертикали ВС, проходящей через молниеотвод h, и снова подавались импульсы напряжения. Опыты показали, что все разряды с электрода А, находящегося на расстоянии 7? = 3,5/г от вертикали ВС, поражали молниеотвод /г. При увеличении расстояния R электрода А от -вертикали ВС, до R\ часть разрядов с электрода А попадает в молниеотвод /г, часть — в землю. Из этих опытов вытекает два вывода: во-первых, над молниеотводом высотой h существует зона (рис. 22) в виде перевернутого конуса с радиусом /? = 3,5/г в основании, с которой все разряды собирает на себя молниеотвод.

Рис. 21.Определение на модели зоны защиты стержневого молниеотвода

Рис. 22. Зона 100%-ного поражения стержневого молниеотвода

Рис. 23. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 60 м:
А — высота молниеотвода; hx — высота точки на границе защищаемой зоны: h& —h—hx — активная высота молниеотвода Эта зона получила название зоны 100%-ного поражения стержневого молниеотвода. Во-вторых, вокруг молниеотвода высотой h имеется зона, не поражаемая разрядами. Эта зона защищается молниеотводом h. Минимальное расстояние от вертикали ВС, равное г0=3,5/г, и является радиусом зоны защиты молниеотвода на уровне земли. Радиус зоны защиты на любой высоте молниеотводом h определяется также опытами в лаборатории с помощью стержня высотой hx (см. рис. 21), имитирующего защищаемый объект и находящегося в одной плоскости с электродом А и молниеотводом h. Они перемещаются относительно друг друга. При различных их расположениях производится определенное количество разрядов. Затем находится максимальное расстояние гх между стержнем высотой hx и молниеотводом высотой h, при котором стержень не поражается разрядом. Это расстояние гх является радиусом зоны защиты молниеотвода на высоте hx. Определенная таким образом зона защиты молниеотвода высотой h представляет собой «шатер» (рис. 23), радиус гх, м, которого «Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов» [1] для молниеотводов высотой до 60 м рекомендуют рассчитывать по формуле где А — высота стержневого молниеотвода, м; hx— высота точки на границе защищаемой зоны, м; fta = (ft—hx)—активная высота молниеотвода, м; р — коэффициент для разных высот молниеотводов. Для молниеотводов высотой до 30 м коэффициент р равен единице, а у молниеотводов высотой более 30 м эффективность защиты снижается. Для определения радиуса зоны защиты молниеотводов высотой более 30 м коэффициент p=5,5/l/'j. Так строятся зоны защиты для одиночных стержневых молниеотводов высотой до 60 м. Пространство вблизи молниеотвода, защищенное от прямых ударов молнии, называется защитной зоной молниеотвода. Всякое сооружение, находящееся в этой зоне, защищается от прямых ударов молнии. Установлено, что у молниеотводов высотой более 60 м поражается молнией не только его вершина, но и боковые части на некотором расстоянии от вершины вниз. Поэтому защитная зона молниеотводов высотой от 60 до 250 м ограничивается высотой ft—Aft (рис. 24). Она усечена на расстоянии Aft от вершины. Для молниеотводов высотой от 60 до 100 м расстояние Aft, м, подсчитывается по формуле Aft = 0,5 (ft — 60). (3) Для молниеотводов высотой от 100 до 250 м Aft = 0,2ft. (4)
При условии, если активная высота ha молниеотвода равна или более Ah, защитная зона одиночного молниеотвода рассчитывается по формуле (2). Если активная высота /га меньше расстояния Ah, молниеотвод защитной зоны не имеет. Из литературы известен упрощенный метод построения очертаний защитной зоны одиночного стержневого молниеотвода (рис. 25, а), в котором криволинейная граница зоны заменяется прямыми отрезками. Для построения зоны упрощенным методом из вершины молниеотвода а проводится прямая через точку а', расположенную на уровне земли на расстоянии 0,75/г от основания молниеотвода. Другая прямая проводится из точки С, удаленной от основания молниеотвода на уровне земли на расстояние l,5/i, через точку Ь, находящуюся на прямой аа', на расстоянии 2/3-Л от земли, в точку с'. Ломаная линия abc и является границей защитной зоны одиночного стержневого молниеотвода.

Рис. 24. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой более 60 м

Рис. 25. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода и ее упрощенное построение (с), установленного на местности с уклоном (б): 1 — зона защиты молниеотвода; 2 — упрощенное построение зоны защиты. Если защите подлежит оборудование, расположенное на местности с уклоном, то защитную зону молниеотвода следует строить так же, но за молниеотвод нужно принимать фиктивный молниеотвод — перпендикуляр Ы', опущенный из вершины молниеотвода к поверхности земли (рис. 25,6). Зона защиты молниеотвода вниз по склону оказывается уменьшенной, а вверх по склону — увеличенной. Защитная зона двух стержневых молниеотводов значительно увеличивается по сравнению с суммой защитных зон двух одиночных молниеотводов. Это можно пояснить, используя свойства зон 100 %-ного поражения каждого одиночного молниеотвода. Если два одиночных стержневых молниеотвода расположить так, чтобы границы их зон 100 %-ного поражения на высоте ориентировки Я лидера молнии соприкасались (рис. 26), то точки земной поверхности, лежащие на прямой, соединяющей два молниеотвода и равной 7hа, будут защищены от поражения молнией. Таким образом, защитная зона двух стержневых молниеотводов значительно расширяется. Очертания зоны защиты двух стержневых молниеотводов («двойного молниеотвода») в горизонтальном сечении на уровне hx и в вертикальном сечении по осям молниеотводов для молниеотводов высотой не более 60 м показаны на рис. 27, а, а высотой более 60 м — на рис. 27,6.