Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода
Надежность защиты Р3
|
Высота молниеотвода h, м
|
Высота конуса h0, м
|
Радиус конуса r0, м
|
0,9
|
от 0 до 150
|
0,87h
|
1,5h
|
0,99
|
от 0 до 30
|
0,8h
|
0,95h
|
от 30 до 100
|
0,8h
|
[0,95-7,14×10-4(h-30)]h
|
от 100 до 150
|
0,8h
|
[0,9-10-3(h-l00)]h
|
0,999
|
от 0 до 30
|
0,75h
|
0,7h
|
от 30 до 100
|
[0,75-4,28×10-4(h-30)]h
|
[0,7-1,43×l0-3(h-30)]h
|
от 100 до 150
|
[0,72-10-3(h-100)]h
|
[0,6-l0-3(h-100)]h
|
3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельного значения Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h0, r0) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов, Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hc, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй – минимальную высоту зоны по середине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L £ Lc граница зоны не имеет провеса (hc= h0). Для расстояний Lc £ L ³ Lmax высота hc определяется по выражению
Рис. 3.3. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.
Таблица 3.6
Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
Надежность защиты Р3
|
Высота молниеотвода h, м
|
Lmax, м
|
Lc, м
|
0,9
|
от 0 до 30
|
5,75h
|
2,5h
|
от 30 до 100
|
[5,75-3,57×10-3(h-30)]h
|
2,5h
|
от 100 до 150
|
5,5h
|
2,5h
|
0,99
|
от 0 до 30
|
4,75h
|
2,25h
|
от 30 до 100
|
[4,75-3,57×10-3(h-30)]h
|
[2,25-0,0107(h-30)]h
|
от 100 до 150
|
4,5h
|
1,5h
|
0,999
|
от 0 до 30
|
4,25h
|
2,25h
|
от 30 до 100
|
[4,25-3,57×10-3(h-30)]h
|
[2,25-0,0107×10-3(h-30)]h
|
от 100 до 150
|
4,0h
|
1,5h
|
Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:
максимальная полуширина зоны гx в горизонтальном сечении на высоте hx.
длина горизонтального сечения lx на высоте hx ³ hc:
причем при hx < hclx = L/2
ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2гcx на высоте hx £ hc:
3.3.2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между тросами L не превышает предельного значения Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) представлена на рис. 3.4. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h0, r0) производится по формулам табл. 3.5 для одиночных тросовых молниеотводов.
Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hc первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй – минимальную высоту зоны по середине между тросами. При расстоянии между тросами L £ Lc граница зоны не имеет провеса (hc = h0). Для расстояний Lc £ L ³ Lmax высота hc определяется по выражению
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.7, пригодным для тросов с высотой подвеса до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.
Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте hx определяется по формулам:
Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше Lmax, вычисленного по формулам табл. 3.6. В противном случае опоры рассматриваются как одиночные стержневые молниеотводы.
Когда тросы не параллельны или разновысоки либо их высота изменяется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Так же рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, чтобы избежать излишних запасов по надежности защиты.
Таблица 3.7
Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Надежность защиты Р3
|
Высота h, м
|
Lmax, м
|
Lc, м
|
0,9
|
От 0 до 150
|
6,0h
|
3,0h
|
0,99
|
от 0 до 30
|
5,0h
|
2,5h
|
от 30 до 100
|
5,0h
|
[2,5-7,14×l0-3(h-30)]h
|
от 100 до 150
|
[5,0-5×l0-3(h-l00)]h
|
[2,0-5×l0-3(h-100)]h
|
0,999
|
от 0 до 30
|
4,75h
|
2,25h
|
от 30 до 100
|
[4,5-3,57×10-3(h-100)]h
|
[2,25-3,57×10-3(h-30)]h
|
от 100 до 150
|
[4,5-5×10-3(h-100)]h
|
[2,0-5×l0-3(h-100)]h
|
3.3.2.5. Зоны защиты замкнутого тросового молниеотвода
Расчетные формулы п. 3.3.2.5 могут использоваться для определения высоты подвеса замкнутого тросового молниеотвода, предназначенного для защиты с требуемой надежностью объектов высотой h0 < 30 м, размещенных на прямоугольной площадке площадью S0 во внутреннем объеме зоны при минимальном горизонтальном смещении между молниеотводом и объектом, равном D (рис. 3.5). Под высотой подвеса троса подразумевается минимальное расстояние от троса до поверхности земли с учетом возможных провесов в летний сезон.
Для расчета h используется выражение
h=A+Bh0, (3.9)
в котором константы А и В определяются в зависимости от уровня надежности защиты по следующим формулам:
а) надежность защиты Р3 = 0,99
А = -0,14 + 0,252(D - 5) + [0,127 + 6,4×10-4(D - 5)]ÖS0; (3.10)
Рис. 3.5. Зона защиты замкнутого тросового молниеотвода
В = 1,05 - 9,08×10-3(D - 5) + [-3,44×10-3 + 5,87×10-5(D -5)]ÖS0; (3.11)
б) надежность защиты Р3 = 0,999
А = -0,08 + 0,324(D - 5) + [0,161 + 2,41×10-4(D - 5)]ÖS0; (3.12)
B= 1,1 - 0,0115(D - 5) + [-4,24×10-3 + 1,25×10-4(D - 5)]ÖS0; (3.13)
Расчетные соотношения справедливы, когда D > 5 м. Работа с меньшими горизонтальными смещениями троса нецелесообразна из-за высокой вероятности обратных перекрытий молнии с троса на защищаемый объект. Замкнутые тросовые молниеотводы не рекомендуются, когда требуемая надежность защиты меньше 0,99.
Если высота объекта превышает 30 м, высота замкнутого тросового молниеотвода определяется с помощью программного обеспечения. Так же следует поступать для замкнутого контура сложной формы.
После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомендуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов.
3.3.3. Определение зон защиты по рекомендациям МЭК
Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м, изложенных в стандарте МЭК (IEC 61024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных методов в следующих случаях:
метод защитного угла используется для простых по форме сооружений 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.
В табл. 3.8 для уровней защиты I – IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.
Стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты, образованной под углом а к вертикали. Защитный угол выбирается по табл. 3.8, причем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена.
Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в табл. 3.8 для соответствующего уровня защиты.
Таблица 3.8
Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК
Уровень защиты
|
Радиус фиктивной сферы R, м
|
Угол a° при вершине молниеотвода для зданий различной высоты h, м
|
Шаг ячейки сетки, м
|
20
|
30
|
45
|
60
|
|
I
|
20
|
25
|
*
|
*
|
*
|
5
|
II
|
30
|
35
|
25
|
*
|
*
|
10
|
III
|
45
|
45
|
35
|
25
|
*
|
10
|
IV
|
60
|
55
|
45
|
35
|
25
|
20
|
* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.
Метод фиктивной сферы используется, чтобы определить зону защиты для части или областей сооружения, когда согласно табл. 3.4 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 защищаемым объектом.
Сетка защищает поверхность, если выполнены следующие условия:
проводники сетки проходят по краю крыши, крыша выходит за габаритные размеры здания;
проводник сетки проходит по коньку крыши, если наклон крыши превышает 1/10;
боковые поверхности сооружения на уровнях выше, чем радиус фиктивной сферы (см. табл. 3.8), защищены молниеотводами или сеткой;
размеры ячейки сетки не больше приведенных в табл. 3.8;
сетка выполняется таким способом, чтобы ток молнии имел всегда не менее двух различных путей к заземлителю; никакие металлические части не должны выступать за внешние контуры сетки.
Проводники сетки прокладываются, насколько это возможно, кратчайшими путями.
3.3.4. Защита электрических металлических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи
3.3.4.1. Защита вновь проектируемых кабельных линий
На вновь проектируемых и реконструируемых кабельных линиях магистральной и внутризоновых сетей связи* защитные мероприятия следует предусматривать в обязательном порядке на тех участках, где вероятная плотность повреждений (вероятное число опасных ударов молнии) превышает допустимую, указанную в табл. 3.9.
_________________
* Магистральные сети связи – сети для передачи информации на большие расстояния; внутризоновые сети связи – сети для передачи информации между областными и районными центрами.
Таблица 3.9
Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для электрических кабелей связи
Тип кабеля
|
Допустимое расчетное число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год n0
|
в горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении выше 500 Ом×м и в районах вечной мерзлоты
|
в остальных районах
|
Симметричные одночетверочные и однокоаксиальные
|
0,2
|
0,3
|
Симметричные четырех- и семичетверочные
|
0,1
|
0,2
|
Многопарные коаксиальные
|
0,1
|
0,2
|
Кабели зоновой связи
|
0,3
|
0,5
|
3.3.4.2. Защита новых линий, прокладываемых вблизи уже существующих
Если проектируемая кабельная линия прокладывается вблизи существующей кабельной линии и известно фактическое число повреждений последней за время эксплуатации сроком не менее 10 лет, то при проектировании защиты кабеля от ударов молнии норма на допустимую плотность повреждений учитывает отличие фактической и расчетной повреждаемостей существующей кабельной линии.
В этом случае допустимая плотность n0 повреждений проектируемой кабельной линии находится умножением допустимой плотности из табл. 3.9 на отношение расчетной np и фактической nф, повреждаемостей существующего кабеля от ударов молнии на 100 км трассы в год:
n0 = n0(np/nф)
3.3.4.3. Защита существующих кабельных линий
На существующих кабельных линиях защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т.п.), но принимается не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях предусматривается прокладка грозозащитных тросов в земле. Если повреждается кабельная линия, уже имеющая защиту, то после устранения повреждения производится проверка состояния средств грозозащиты и только после этого принимается решение об оборудовании дополнительной защиты в виде прокладки тросов или замены существующего кабеля на более стойкий к разрядам молнии. Работы по защите должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.
3.3.5. Защита оптических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи
3.3.5.1. Допустимое число опасных ударов молнии в оптические линии магистральной и внутризоновых сетей связи
На проектируемых оптических кабельных линиях передачи магистральной и внутризоновых сетей связи защитные мероприятия от повреждений ударами молнии предусматриваются в обязательном порядке на тех участках, где вероятное число опасных ударов молнии (вероятная плотность повреждений) в кабели превышает допустимое число, указанное в табл. 3.10.
Таблица 3.10
|
