Расчет молниезащиты. Расчетные формулы молниеотводов

РПЗ.  «Расчет молниезащиты»

Методика расчета.

Рассчитать молниезащиту - это значит определить тип защиты, ее зону и параметры (таблица 1.14.1).

По типу молниезащита (м/з) может быть следующей:

—  одностержневой;

—  двухстержневой одинаковой или разной высоты;

—  многократной стержневой;

—  одиночной тросовой;

—  многократной тросовой.

По степени надежности защиты различают два типа зон:

А — степень надежности защиты ≥ 99,5 %;

Б — степень надежности защиты 95... 99,5 %.

Параметрами молниезащиты являются:

h— полная высота стержневого молниеотвода, м;

h₀— высота вершины конуса стержневого молниеотвода, м;

h_x— высота защищаемого сооружения, м;

h_м — высота стержневого молния приемника, м;

h_а— активная высота молниеотвода, м;

r_о, r_x— радиусы защиты на уровне земли и на высоте защищаемого сооружения, м;

h_с— высота средней части двойного стрежневого молниеотвода, м;

2r_c, 2r_x— ширина средней части зоны двойного стержневого молниеотвода на уровне земли и на высоте защищаемого объекта, м;

α— угол защиты (между вертикалью и образующей), град;

L— расстояние между двумя стержневыми молниеотводами, м;

а— длина пролета между опорами троса, м;

h_оп, — высота опоры троса, м;

r_x + r′_x— ширина зоны тросового молниеотвода на уровне защищаемого сооружения, м;

α+2r_cx — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне защищаемого сооружения, м;

α+2r_c — длина зоны двойного тросового молниеотвода на уровне земли, м.

Ожидаемое количество поражений (N ) молнией в год производится по формулам:

—для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

N =9πh_x²∙0^-6

где h_x- наибольшая высота здания или сооружения, м;

n- среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности вместе нахождения здания или сооружения (т.е. удельная плотность ударов молнии в землю), I (км/год) определяется по таблице 1.14.2;

—для зданий и сооружений прямоугольной формы:

N=[(B+6h_x)(A+6h_x)- 7,7h_x²]n∙10^-6,

Где А и В — длина и ширина здания или сооружения, м.

Примечание. Еслиздание и сооружение имеют сложную конфигурацию, то А и B- это стороны прямоугольника, в который вписывается наплане защищаемый объект.

Таблица 1.14.1. Расчетные формулы молниеотводов при h≤150 м.

Зона А	Зона Б
1	2
Одиночные стержневые молниеотводы ( рис. 1.14.1.)
h0=0,85h r0=(1,1–2∙10-3h)h rx=(1,1 -2∙10-3h)(h–1,2hx)	h0=0,92h r0=1,5h hx=1,5(h–1,1hx)
Двойные стержневые молниеотводы одинаковой высоты (рис. 1.14.2.)
При L≤h hc=h0 rcx=rx rc=r0
При h<L≤2h hc=h0-(0,17+3∙10-4h)(L-h) rc=r0 rcx=r0(hc–hx)1/hc При 2h<L≤4h hc=h0-(0.17+3∙10-4h)(L-h) rc=r0[1-0,2/h∙ (L-2h)] rcx=rc(hc – hx)∙1/hc При L>4h Молниеотводы рассматривать как одиночные	При h<L≤6h hc=h0-0,14(L-h) rc=r0 rcx=r0(hc-hx) 1/hc       При L>6h Молниеотводы рассматривать как одиночные
Двойные стержневые молниеотводы применяются разной высоты (рис. 1.14.3)
Габаритные размеры торцевых областей зон защиты h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 определяются как для одиночных стержневых молниеотводов. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам rc=0,5(r01+r02); hc =0,5(hc1+hc2); rx=(hc-hx) ∙rc/hc Значение hc1 и hc2 определяются как для двойных стержневых молниеотводов одинаковой высоты.
Многократные стержневые молниеотводы (рис. 1.14.4) Много
Зона защиты строится посредствам попарно взятых соседних стержневых молниеотводов. Основным условием защищенности одного или не скольких объектов высотой с надежности зон А или Б являются rcx>0
Одиночные тросовые молниеотводы (рис. 1.14.5)
h0=0,85h r0=(1,35-25∙10-4h) rx=(1,35-25∙10-4h)(h-1,2hx)		h0=0,92h r0=1,7h rx=1,7(h-1,1hx)
Двойные тросовые молниеотводы одинаковой высоты (рис. 1.14.6.)
При L≤h hc =h0 rcx=rx rc=r0

1	2
При h<L ≤2h hc=h0-(0,14+5∙10-4h)(L-h) r′x=L(h0-hx)/2(h0-hc) rc=r0 rcx=r0(hc-hx)*1/hc	При h<L ≤6h hc=h0-0,12(l-h) r′x= L(h0-hx)/2(h0-hc) rc=r0 rcx=r0(hc-hx)∙1/hc
Двойные молниеотводы разной высоты (рис. 1.14.7.)
Значения h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 определяются по формулам одиночных торсовых молниеотводов. Для определения размеров rc и hc используются формулы rc=0,5(r01+r02); hc=(hc1=hc2) Значения hc1, hc2, r′x1, r′x2, rcx вычисляются по выше приведенным формулам двойного тросового молниеотвода.

Пример 1.

Дано:

h= 50 м.

h_x= 20 м.

B= 20 м.

n= 6   1/(км²∙год)

Тип молниезащиты – однострежневая.

Требуетс:.

·  Определить параметры зон молниезащиты и изобразить их ;

·  Определить габоритные размеры защитного объекта;

·  Определить возможную поражаемость объекта.

Решение:

1.  По формулам  (таблица 1.14.1) для одиночного стержнего молниеотвода определяются параметры молниезащиты  (м/з) для зон.

В мастштабе изображаются зоны А и Б (рис. 1.14.8.).

Зона А:

h₀=0,85h=0,85∙50=42,5 м;

r₀=(1,1-2∙10^-3h)(h=(1,1-2∙10^-3∙50) ∙50=50 м;

r_x=(1,1 – 2∙10^-3h)(h-1,2h_x)=(1,1-2∙10^-3∙50)∙(50-1,2∙50)=26;

h_м=h-h₀=50-42,5=7,5м;

h_a=h-h_x=50-20=30м;

α^(A)=arctg(r₀/h₀)= arctg (50/42,5)=49,6°.

Зона Б:

h₀=0,92h=0,92∙50=46 м;

r₀=(1,5h)=1,5∙50=75 м;

r_x=1,5(h-1,1h_x)=1,5∙ (50-1,1∙20)=42 м;

h_м=h-h₀=50-46=4 м;

h_a=h-h_x=50-20=30 м;

α^(Б)= arctg(r₀/h₀)= arctg (75/46)=58°

2.  Определяются габаритные размеры защищаемого объекта в каждой зоне молниезащиты . Для этого на расстоянии B/2 от средней линии параллельно проводится