Вокруг каждого молниеотвода образуется пространство, в пределах которого молния практически утрачивает свои поражающие свойства. Оно получило название защитной зоны, где вероятность поражения объекта составляет не более 1%. Для того чтобы эти системы работали максимально эффективно, необходимо выполнить расчет молниезащиты с учетом конструктивных особенностей и размещения молниеотводов. Основным показателем защитных свойств является соотношение H/h, в котором числитель расстояние от начала разряда молнии до земли, куда будет направлен этот разряд.
Знаменатель представляет собой высоту самого молниеотвода. Методики расчетов и определение границ защитных зон различаются между собой, особенно, когда используются двойные или многократные конструкции молниеотводов.
Основные компоненты защитных систем
Комплект оборудования, предназначенного для защиты зданий и сооружений, выполняет функцию улавливания естественных электрических разрядов, проведения и передачи их в грунт по специально проложенным путям и через заземляющий контур. Таким образом, обеспечивается защита материальных ценностей, предотвращается их повреждение и разрушение.
Стандартный защитный комплекс состоит из следующих компонентов:
- Молниеприемник. Данный элемент самым первым принимает на себя электрический разряд. Эти устройства более известны под названием громоотводов или молниеотводов. Конструктивно они изготавливаются из заостренных металлических стержней, либо представляют собой мачту или трос, протянутый горизонтально вдоль конька и по периметру крыши.
- Токоотвод. Проводник из металла, закрепляемый на наружных стенах или на удалении от них, по которому осуществляется прохождение тока высокого напряжения, полученного при разряде молнии.
- Заземление. Изготавливается из металлических конструкций по различным схемам. Они заглубляются в грунт на основании точных инженерных расчетов. Соединенный с токоотводом, заземляющий контур передает разряд электричества в землю, и на этом нейтрализация удара молнии заканчивается.
Все элементы прочно соединяются между собой в результате, общая проводимость существенно повышается, возрастает эффективность всей системы.
Виды молниеприемников
Системы молниезащиты зданий могут выполняться по различным схемам. Чаще всего используются классические варианты со стержневыми молниеотводами, состоящими из стержней, соединенных с заземляющим контуром специальным проводником. Они отличаются простотой изготовления и надежностью в процессе эксплуатации. В других конструкциях основным элементом служит пространственная сетка, расположенная на крыше здания.
При прямом ударе молнии, она выполняет распределение и последующее гашение разряда. Натяжные системы работают по такому же принципу, что и стержневые конструкции, только принимающие проводники натягиваются по всему периметру крыши защищаемого объекта.
В конструкциях перечисленных схем используются стальные стержни, тросы или сетки, изготовленные из прутка диаметром не ниже 6 мм. Соединение узлов выполняется с помощью сварки. Натяжной защитный молниеотвод применяются на кровлях со сложной конфигурацией. Для пространственной сетки необходимо больше материалов, а их установка достаточно сложная, требующая знаний и практических навыков.
Каждый молниеотвод выбирается в индивидуальном порядке. Учитываются конструктивные особенности зданий и сооружений, их форма, размеры и расположение относительно друг друга. На основе этих данных делается расчет молниезащиты. Все подобные устройства создают условную защитную зону, примыкающую к ним со всех сторон.
Внутри этого пространства все объекты оказываются под защитой, и им не страшны прямые удары молний. Здесь обеспечивается определенная степень надежности, разделенная на два типа: А 99,5% и более, Б 95% и более. Второй вариант, как правило, используется на объектах сельского хозяйства.
Одиночный стержневой молниеотвод: расчет защитной зоны
Вертикальное сечение защитной зоны конструкции с одним стержнем выглядит в виде конуса, края которого образует ломаная линия.
Если высота h молниеотвода составляет менее 60 м, защитная зона в этом случае выстраивается в установленном порядке (рис. 1). От основания конструкции в обе стороны откладываются отрезки СА&rsquo, и СВ&rsquo,, длина которых равна 0,75h. Конечные точки А&rsquo, и В&rsquo, откладываются в сторону вершины стержня О и здесь соединяются. На высоте 0,8h имеется точка О&lsquo, соединяемая прямыми линиями с точками А и В отрезков СА и СВ, составляющих 1,5h.
Образованная линия BDO имеет ломаную конфигурацию. Поэтому, чтобы установить радиус защиты rx на всей протяженности hx, необходимо воспользоваться формулой:
- При высоте hx больше или равном нулю и меньше или равном 2/3h rx=1,5(h — 1,25hx),
- При высоте hx больше чем 2/3h rx=0,75(h — hx).
Используя приведенные формулы с известными заданными значениями гх и hx оптимальная высота молниеотвода в каждом случае будет следующая:
- hоп = (гх + 1,9 hx)/1,5,
- hоп = (гх + 0,75 hx)/0,75.
Существует отдельный пример и порядок расчетов для конструкций, высота которых находится в диапазоне от 60 до 100 метров (рис. 2). Основным показателем является размер основания конуса на уровне грунта радиусом 90 метров. Для того чтобы определить радиус защиты на расстоянии hx необходимо использовать формулу rx=90(1 — 1,25hx/h), где hx больше или равно нулю и меньше или равно 2/3h. Если же рассчитанная высота hx превышает 2/3h, необходимо применить соотношение: rx=45(1 — hx/h).
Такие же методики существуют и для всех остальных типов молниеотводов. Они используются специалистами при составлении проектов систем молниезащиты. Облегчить расчеты домашним мастерам помогут специальный онлайн-калькулятор, который в разных вариантах можно легко найти в интернете.
Расчет защиты с использованием онлайн-калькулятора
Используя калькулятор для расчета, остается лишь ввести нужные данные и в итоговом окне появится искомый результат для данного объекта. Вначале делаются предварительные замеры, а потом каждое значение вводится в свое окно. Если возникают какие-либо сомнения, итоговую цифру можно перепроверить и рассчитать с помощью обычных формул.