Блискавкозахист

З метою запобігання наслідкам прямого удару та вторинних проявів блискавки будівлі, споруди, окремо розташовані установки обладнують системами блискавкозахисту.

При виборі пристроїв блискавкозахисту для різних категорій будівель та споруд враховують важливість об'єкта, його висоту, розташування серед сусідніх об'єктів, інтенсивність грозової активності та інші характеристики.

Пристрої блискавкозахисту повинні відповідати таким основним вимогам:

відповідність типу блискавкозахисту характеру виробничого процесу в будівлі або споруді, а також на об'єкті в цілому;

можливість типізації конструктивних елементів блискавкозахисту;

значний строк служби, який має досягати понад 10 років;

надійність дій усіх елементів блискавкозахисту;

можливість застосування недорогих матеріалів та використання конструктивних елементів будівель;

наочність монтажу, створення умов безпеки для персоналу об'єкта;

легкий доступ до всіх елементів для проведення контролю, ремонту або відновлення;

відносно нескладна експлуатація.

Конструктивно блискавковідвід складається з трьох основних частин: блискавкоприймача, який безпосередньо сприймає удар блискавки; струмо-відводу (спуску), що з'єднує блискавкоприймач з заземлювачем, та заземлювача, через який струм блискавки переходить безпосередньо в землю.

Вертикальна конструкція, як правило, стовп або щогла, або частина споруди, що призначена для закріплення блискавкоприймачів і струмовідводу, називається опорою. Опори можуть бути дерев'яними, металевими або залізобетонними. Основні конструкції опор блискавковідводів наведені на рис. 8.3.

Блискавковідводи бувають стрижневими, тросовими, сітчастими, настінними та покрівельними. Конструкції заземлювачів схематично наведені на рис. 8.4.

Вертикальні заземлювачі можуть розміщуватися в декількох паралельних рядах або по контуру, як правило, прямокутному.

Захисна дія блискавковідводу характеризується ймовірністю прориву блискавки, яка знижується відповідно до зменшення відстані між блискавковідводом та об'єктом. Визначення ймовірності прориву для кожної окремої споруди складне, тому в практиці проектування використовуються зони захисту блискавковідводів. Конфігурація й розміри зон захисту отримані на основі моделей, експериментів та розрахунків.

Рис. 8.3. Конструкції стрижневих блискавковідводів:

а - на дерев'яній опорі; б - металевий решітчастий; в - на залізобетонній опорі; г -із газових труб, що встановлюються на даху; 1 - відтяжка; 2 - фланець

Рис. 8.4. Схематичні конструкції заземлювачів для блискавковідводів:

а - кільцевий в плані (сталева штаба завширшки 4 см або кругла сталь діаметром 1-2 см); б - двопроменевий із вертикальних електродів, з'єднаних смугою перерізу не менше 160 мм (аналогічно виконуються трипроменеві та чотирипроменеві з загальною точкою приєднання до струмовідводу); в - чотириелектродний вертикальний заземлювач зі з'єднаннями штабовою сталлю по периферії та радіусам (таким же чином утворюються трьох- та двохелектродні заземлювачі); г - чотирипроменевий симетричний з горизонтальних смугових або кутових електродів в плані (аналогічно виконується заземлювач з трьох та двох променів)

ЗОНА ЗАХИСТУ - це простір біля блискавковідводу, який характеризується тим, що ймовірність прориву блискавки до будь-якого об'єкта всередині зони не перевищує певної достатньо малої величини.

Величини зони захисту визначаються відповідно до Інструкції по влаштуванню блискавкозахисту будівель та споруд РД 34.21.122-87.

Маємо два типи зони захисту: зона типу А, що має ступінь надійності 99,5% та вище, і зона типу Б - ступінь надійності 95% та вище.

За кількістю та розміром площі загальної зони захисту блискавковідводи ділять на одиночні, подвійні та багаторазові.

1. Одиночний стрижневий блискавковідвід.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою h являє собою круговий конус (рис. 8.5), вершина якого знаходиться на висоті h₀ < h. На рівні землі зона захисту утворює круг радіусом г₀. Горизонтальний переріз зони захисту на висоті захищуваної споруди h_x являє собою круг радіусом г_х.

1.1. Зона захисту одиночних стрижневих блискавковідводів висотою h ≤ 150 м має такі габаритні розміри.

Зона А:

h₀ = 0,85h; (8.1)

г₀ = (1,1 - 0,002h)h; (8.2)

r_x = (l,l - 0,002h)[h - (hx/0,85)]. (8.3)

Зона Б:

h₀ = 0,92h; (8.4)

Рис. 8.5. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу

г₀ = 1,5h; (8.5)

r_x = l,5(h - h_x/0,92). (8.6)

Для зони Б висота одиночного стрижневого блискавковідводу при відомих значеннях h_x і г_х можна визначити за формулою

h = (r_x + l,63h_x)/l,5. (8.7)

1.2. Зони захисту одиночних стрижневих блискавковідводів висотою 150<Л<600 м мають такі розміри. Зона А:

h₀ = [0,85 - 1,7·10^-3(h - 150)]h; (8.8)

г₀ = [0,8 - 1,8·10^-3(h-150)]h; (8.9)

; (8.10)

Зона Б:

h₀ = [0,92 - 0,8 10^-3(h-150)]h; (8.11)

г₀= 225 м; (8.12)

(8.13)

2. Подвійний стрижневий блискавковідвід.

2.1. Зона захисту подвійного стрижневого блискавковідводу висотою h ≤ 150 м наведена на рис. 8.6. Торцеві області зони захисту визначаються як зони одиночних стрижневих блискавковідводів. Розміри h₀, г₀, г_х1, г_х2 визначаються за формулами (8.1)-(8.7) для обох типів зон захисту.

Рис. 8.6. Зона захисту подвійного стрижневого блискавковідводу

Внутрішні області зон захисту подвійного стрижневого блискавковідводу мають такі габаритні розміри.

Зона А:

при L ≤ h

hc = h₀; r_cx = r_x; r_c = r₀; (8.14)

при h < L ≤ 2h

h_c = h₀ - (0,17 + 310^-4·h)·(L - h); (8.15)

r_c = r₀ r_cx = r₀·(h_c-h_x)/h_c; (8.16)

при 2h <L < 4h

h_c = h₀ - (0,17 + 3·10^-4h)·(L - h); (8.17)

. (8.18)

r_cx = r_c·(h_c - h_x)/h_c. (8.19)

При відстані між стрижневими блискавковідводами 4h < L для побудови зони А блискавковідводи слід вважати за одиночні.

Зона Б: при L < h

(8.20)

при h < L < 6h

(8.21)

При відстані між стрижневими блискавковідводами L > 6h для побудови зони блискавковідводи слід розглядати як одиночні.

При відомих значеннях h_c і L (r_cx = 0) висота блискавковідводу для зони Б визначається за формулою

(8.22)

2.2. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів різної висоти hl і Л2<150 м наведена на рис. 8.7. Габаритні розміри торцевих областей зон захисту А01, h02, r01, r02, rxl, гх2 визначаються за формулами (8.1)-(8.7), як для зон захисту обох типів одиночного стрижневого блискавковідводу. Розміри внутрішньої області зони захисту визначаються за формулами

(8.23)

(8.24)

(8.25)

де значення h_c1 і h_c2 визначаються за формулами пункту 2.1.

Рис. 8.7. Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів різної висоти

Для двох блискавковідводів різної висоти побудова зони А подвійного стрижневого блискавковідводу виконується при L < 4h_min, а зони Б – при L < 6h_min. При відповідних більших відстанях між блискавковідводами вони вважаються за одиночні.

3. Багаторазовий стрижневий блискавковідвід (рис. 8.8) Зона захисту багаторазового стрижневого блискавковідводу визначається як зона захисту попарно прийнятих сусідніх стрижневих блискавковідводів висотою h₂ < 150 м.

Рис. 8.8. Зона захисту (в плані) багаторазового стрижневого блискавковідводу

Основною умовою захищеності одного чи декількох об'єктів висотою h_x з надійністю, що відповідає надійності зон А та Б, є виконання нерівності г_сx > 0 для всіх попарно прийнятих блискавковідводів. У протилежному випадку побудова зон захисту має бути виконаною для одиночних чи подвійних стрижневих блискавковідводів залежно від виконання пункту 2.

4. Одиночний тросовий блискавковідвід

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу висотою h < 150 м наведена на рис. 8.9, де h - висота троса в середині прольоту. З урахуванням стріли провису троса перерізом 35-50 мм² при відомій висоті опор h_оп та довжині прольоту а висота троса (в метрах) визначається: h = h_оп - 2, при а < 120 м; h = h_оп - 3 при 120 < а < 150 м.

Зони захисту одиночного тросового блискавковідводу має такі розміри.

Зона А:

(8.26)

(8.27)

Зона Б: (8.28)

(8.29)

(8.30)

Рис. 8.9. Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу

Для зони типу Б висота одиночного тросового блискавковідводу при відомих г_х і h_x дорівнює

h = (г_x + 1,85h_x)/1,7. (8.31)

5. Подвійний тросовий блискавковідвід.

5.1. Зона захисту подвійного тросового блискавковідводу висотою h < 150 м наведена на рис. 8.10. Розміри г₀, h₀, г_х для зон захисту А і Б визначаються за відповідними формулами пункту 4. Інші розміри зон визначаються згідно з РД 34.21.122-87.

Рис. 8.10. Зона захисту подвійного тросового блискавковідводу