Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов
Уровень зашиты
|
Надежность защиты от ПУМ
|
I
|
0,98
|
II
|
0,95
|
III
|
0,90
|
IV
|
0,80
|
Для специальных объектов минимально доступный уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9 – 0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от прямого удара молнии. По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.
2.3. Параметры токов молнии
Параметры токов молнии необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий.
2.3.1. Классификация воздействий токов молнии
Для каждого уровня молниезащиты определяются предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в настоящей Инструкции, относятся к нисходящим и восходящим молниям.
Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимают 10 % разрядов с положительными токами и 90 % разрядов с отрицательными токами.
Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока I, полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Qимп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах.
Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30 %-ного и 90 %-ного уровней от наибольшего значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.
2.3.2. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии
Значения расчетных параметров для принятых в табл. 2.2 уровней защищенности (при соотношении 10 %к 90 % между долями положительных и отрицательных разрядов) приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Соответствие параметров тока молнии и уровней защищенности
Параметр молнии
|
Уровень защиты
|
I
|
II
|
III, IV
|
Пиковое значение тока I, кА
|
200
|
150
|
100
|
Полный заряд Qполн, Кл
|
300
|
225
|
150
|
Заряд в импульсе Qимп, Кл
|
100
|
75
|
50
|
Удельная энергия W/R, кДж/Ом
|
10000
|
5600
|
2500
|
Средняя крутизна di/dt30/90%, кА/мкс
|
200
|
150
|
100
|
2.3.3. Плотность ударов молнии в землю
Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.
Если же плотность ударов молнии в землю Ng неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1/(км2 ×год):
Ng = 6,7×Тd/100, (2.1)
где Тd – среднегодовая продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.
2.3.4. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий молнии
Кроме механических и термических воздействий ток молнии создает мощные импульсы электромагнитного излучения, которые могут быть причиной повреждения систем, включающих оборудование связи, управления, автоматики, вычислительные и информационные устройства и т.п. Эти сложные и дорогостоящие системы используются во многих отраслях производства и бизнеса. Их повреждение в результате удара молнии крайне нежелательно по соображениям безопасности, а также экономическим соображениям.
Удар молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных промежутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток. Параметры первого импульса тока существенно отличаются от характеристик последующих импульсов. Ниже приводятся данные, характеризующие расчетные параметры импульсов тока первого и последующих импульсов (табл. 2.4 и 2.5), а также длительного тока (табл. 2.6) в паузах между импульсами для обычных объектов при различных уровнях защиты.
Таблица 2.4
Параметры первого импульса тока молнии
Параметр тока
|
Уровень защиты
|
I
|
II
|
III, IV
|
Максимум тока I, кА
|
200
|
150
|
100
|
Длительность фронта Т1, мкс
|
10
|
10
|
10
|
Время полуспада Т2, мкс
|
350
|
350
|
350
|
Заряд в импульсе Qcум*, Кл
|
100
|
75
|
50
|
Удельная энергия в импульсе W/R**, МДж/Ом
|
10
|
5,6
|
2,5
|
* Поскольку значительная часть общего заряда Qсум приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенному значению.
** Поскольку значительная часть общей удельной энергии W/R приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенному значению.
Таблица 2.5
Параметры последующего импульса тока молнии
Параметр тока
|
Уровень защиты
|
I
|
II
|
III, IV
|
Максимум тока I, кА
|
50
|
37,5
|
25
|
Длительность фронта Т1, мкс
|
0,25
|
0,25
|
0,25
|
Время полуспада Т2 мкс
|
100
|
100
|
100
|
Средняя крутизна а, кА/мкс
|
200
|
150
|
100
|
Таблица 2.6
Параметры длительного тока молнии в промежутке между импульсами
Параметр тока
|
Уровень защиты
|
I
|
II
|
III, IV
|
Заряд Qдл,*, Кл
|
200
|
150
|
100
|
Длительность Т, с
|
0,5
|
0,5
|
0,5
|
*Qдл – заряд, обусловленный длительным протеканием тока в период между двумя импульсами тока молнии.
Средний ток приблизительно равен QL/Т. Формула импульсов тока определяется следующим выражением:
где I – максимум тока; k – коэффициент, корректирующий значение максимума тока; t – время; T, – постоянная времени для фронта; t? – постоянная времени для спада.
Значения параметров, входящих в формулу (2.2), описывающую изменение тока молнии во времени, приведены в табл. 2.7.
Длительный импульс может быть принят прямоугольным со средним током I и длительностью T, соответствующими данным табл. 2.6.
Таблица 2.7
Значения параметров для расчета формы импульса тока молнии
Параметр
|
Первый импульс
|
Последующий импульс
|
Уровень защиты
|
Уровень защиты
|
I
|
II
|
III, IV
|
I
|
II
|
III, IV
|
I, кА
|
200
|
150
|
100
|
50
|
37,5
|
25
|
H
|
0,93
|
0,93
|
0,93
|
0,993
|
0,993
|
0,993
|
t1, мкс
|
19,0
|
19,0
|
19,0
|
0,454
|
0,454
|
0,454
|
t2, мкс
|
485
|
485
|
485
|
143
|
143
|
143
|
3. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ
3.1. Комплекс средств молниезащиты
Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии [внешняя молниезащитная система (МЗС)] и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС). В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молниезащиты.
Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы – стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов) или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.
Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта.
Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле.
3.2. Внешняя молниезащитная система
Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Их материал и сечения элементов выбирают по табл .3.1.
Таблица 3.1
Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС
Уровень защиты
|
Материал
|
Сечение, мм2
|
молниеприемника
|
токоотвода
|
заземлителя
|
I-IV
|
Сталь
|
50
|
50
|
80
|
I-IV
|
Алюминий
|
70
|
25
|
Не применяется
|
I-IV
|
Медь
|
35
|
16
|
50
|
Примечание – Указанные значения могут быть увеличены в зависимости от повышенной коррозии или механических воздействий.
3.2.1. Молниеприемники
3.2.1.1. Общие соображения
Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта, в последнем случае они называются естественными молниеприемниками.
Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).
3.2.1.2. Естественные Молниеприемники
Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные Молниеприемники:
а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:
электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;
толщина металла кровли составляет не менее значения t, приведенного в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;
толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;
кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;
неметаллические покрытия на/или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;
Таблица 3.2
|
