Защитное действие и зоны защиты молниеотводов

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии с большей вероятностью поражать более высокие и хорошо заземленные предметы по срав­нению с расположенными рядом объектами меньшей высоты. Поэтому на мол­ниеотвод, возвышающийся над защищаемым объектом, возлагается функция перехвата молний, которые в отсутствие молниеотвода поразили бы объект. Ко­личественно защитное действие молниеотвода определяется через вероятность прорыва — отношение числа ударов молнии в защищенный объект, (числа про­рывов) к общему числу ударов в молниеотвод и объект.

Согласно принятой расчетной модели невозможно создать идеальную защиту от прямых ударов молнии, полностью исключающую прорывы на защищаемый объект. Однако на практике осуществимо взаимное расположение объекта и молниеотвода, обеспечивающее низкую вероятность прорыва, например 0, 1 и 0, 01, что соответствует уменьшению числа поражений объект примерно в 10 и 100 раз по сравнению с объектом, где отсутствует молниеотвод. Для большинства современных объектов при таких уровнях защиты обеспечивается малое количе­ство прорывов за весь срок их службы.

Расчетный метод позволяет построить для стержневых и тросовых молниео­тводов зону защиты с произвольным значением вероятности прорыва, т. е. для любого молниеотвода (одиночного или двойного) можно построить произвольное количество зон защиты. Однако для большинства народнохозяйственных зданий достаточный уровень защиты можно обеспечить, пользуясь двумя зонами, с ве­роятностью прорыва 0, 1 и 0, 01. В терминах теории надежности вероятность прорыва — это параметр, харак­теризующий отказ молниеотвода как защитного устройства. При таком подходе двум принятым зонам защиты соответствует степень надежности 0, 9 и 0, 99. Такая оценка надежности справедлива при расположении объекта вблизи границы зоны защиты, например объекта в виде кольца, соосного со стержневым молниеотводом. У реальных же объектов (обычных зданий) на границе зоны защиты, как правило, расположены лишь верхние элементы, а большая часть объекта помещается в глубине зоны. Оценка надежности зоны защиты по ее внешней границе приводит к чрезмерно заниженным значениям. Поэтому, чтобы учесть существующее на практике взаимное расположение молниеотводов и объектов, зонам защиты А и Б приписана в «Инструкции» ориентировочная степень надежности 0, 995 и 0, 95 соответственно.

Одним из эффективных способов ограничения грозовых перенапряжений в цепи молниеотвода, а также на металлических конструкциях и оборудовании объекта является обеспечение низких сопротивлений заземлителей. Поэтому при выборе молниезащиты нормированию подлежит сопротивление заземлителя или другие его характеристики, связанные с сопротивлением.

В настоящее время распространенными и рекомендуемыми (РД 34.21.122-87) конструкциями заземлителей являются железобетонные фундаменты. К ним предъявляется дополнительное требование - исключение механических разрушений бетона при растекании через фундамент токов молнии. Железобетонные конструкции выдерживают большие плотности растекающихся по арматуре токов молнии, что связано с кратковременностью этого растекания. Единичные желе­зобетонные фундаменты (сваи длиной не менее 5 или подножники длиной не менее 2 м) способны без разрушения выдержать токи молнии до 100 кА, по этому условию в табл. 2 РД 34.21.122—87 заданы допустимые размеры единичных железобетонных заземлителей. Для фундаментов больших размеров с соответственно большей поверхностью арматуры опасная для разрушения бетона плотность тока маловероятна при любых возможных токах молнии.

Нормирование параметров заземлителей по их типовым конструкциям имеет ряд достоинств: оно соответствует принятой в строительной практике унификации железобетонных фундаментов с учетом их повсеместного использовании в каче­стве естественных заземлителей; при выборе молниезащиты не требуется выпол­нять расчеты импульсных сопротивлений заземлителей, что сокращает объем проектных работ.