Вероятность прямого удара молнии в наземный объект будет тем больше, чем выше объект и, следовательно, чем меньше будет расстояние от верхней точки объекта до заряженного облака. Кроме того, грозопоражаемость объектов зависит от геологии земли, а также других атмосферных и геометрических факторов.
Опасность прямого удара молнии в незащищённые объекты связана с возможностью разрушения и повреждений сооружений и оборудования в результате мгновенного нагрева воздуха, сопровождающегося его расширением и возникновением ударной воздушной волны, а также непосредственного воздействия тепловой энергии молнии на конструктивные части объектов.
Начальный удар считается первичным проявлением молнии. Вторичное проявление молнии сопровождает первичное и выражается в электростатической и электромагнитной индукции.
Электростатическая индукция вызывается действием заряженных облаков на наземные объекты и сопровождается искрениями между металлическими элементами конструкций и оборудования.
В незамкнутых контурах возникающая Э.Д.С. может вызвать искрение или сильное нагревание в местах с недостаточно плотными контактами. Такое искрение совершенно недопустимо для взрывоопасных зданий и сооружений, так как в них даже слабая по мощности и малая по продолжительности электрическая искра может привести к взрыву.
Одной из главных и решающих мер защиты от первичного и вторичного проявления молнии является устройство молниеотводов. Молниеотводы, с одной стороны, приближают разряд прямого удара молнии к защищаемому объекту, вследствие чего индуцированные напряжения возрастают, с другой – образуя встречный лидер, удаляют от объекта зону, в которой происходит формирование главного разряда, уменьшая тем самым величину индуцированных напряжений.
В соответствии с временными указаниями по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений СН 305-69 (Госстроя СССР) все здания разделяются на три категории и в зависимости от значимости и технологических особенностей объекта и от степени взрыво- и пожароопасности.
К I категории относятся здания и сооружения, отнесённые в ПУЭ к классам В-I и В-II. Сюда относятся помещения, в которых выделяются горючие газы и пары, а также переходящие во взвешенное состояние горючие пыли и волокна, способные к образованию взрывоопасных смесей с воздухом или другими окислителями при нормальных режимах работы. Взрыв в таких помещениях сопровождается, как правило, значительными разрушениями и человеческими жертвами. Молниезащита таких объектов выполняется независимо от средней грозовой деятельности или от места расположения на территории СССР.
Ко II категории относятся здания и сооружения, отнесённые ПУЭ к классам В-Iа и В-IIа, в которых при нормальной эксплуатации образование свойственных для I категории взрывоопасных смесей не имеет места, а возможно только в результате аварий и неисправностей. К этой категории также относятся здания, в которых хранятся в металлической упаковке взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества. Взрыв в таких помещениях сопровождается незначительными разрушениями без человеческих жертв. Молниезащита таких объектов выполняется в местностях со средней грозовой деятельностью 10 грозовых часов в год и более.
К III категории относятся здания и сооружения, для которых прямой удар представляет опасность в отношении пожара, механических разрушений, поражения людей, а также животных. Молниезащита их выполняется в местностях, расположенных южнее 65-й параллели со средней грозовой деятельностью 20 грозовых часов и более и при ожидаемом количестве поражения молнией не менее 0,05. Средняя грозовая деятельность за один год определяется по «Карте среднегодовой продолжительности гроз в часах» (см. СН 305-69) либо на основании официальных данных местной метеостанции.
Выбор способов молниезащиты зависит от конструктивных и технологических особенностей объекта и его назначения.
Молния обладает свойствами поражать в первую очередь заземлённые объекты (их электропроводность стремится к бесконечности) и возвышающиеся над землей металлические предметы и сооружения (трубы, мачты, вышки и т.п.). Именно на этой особенности грозового разряда основано защитное действие каждого молниеотвода. Молниеотвод состоит из молниеприёмника, токоотвода, обеспечивающего прохождение по нему разрядного тока к заземляющему устройству, и самого заземляющего устройства, обеспечивающий непосредственный распределённый на большой площади контакт с землей.
Молниеотводы разделяют на три основных типа: стержневые, тросовые, или антенные, и сетчатые. В отдельных случаях могут быть комбинированные молниеотводы. Молниезащита объекта в зависимости от его размеров может осуществляться одним или несколькими стержневыми молниеотводами, создающими зону защиты, охватывающую весь объект. При протяжённых объектах защита выполняется с помощью одного или нескольких тросовых молниеотводов, создающих требуемую зону защиты.
Стержневые и тросовые молниеотводы устанавливают либо на отдельно стоящих опорах, либо на опорах, связанных с конструкцией объекта. Сетчатые молниеотводы укладывают (или подвешивают) на крышу защищаемого объекта и не менее чем в двух местах соединяют токоотводами с отдельными очагами заземления.
Токоотводы выполняют из металлических стержней сечением не менее 100 мм2 и соединяют сваркой с молниеприёмниками и заземлениями. При двух токоотводах сечение каждого принимается не менее 50 мм2. Общее сопротивление заземления принимается не более 10 Ом. Расчёт заземления производится по приведённой выше методике расчёта заземления.
Здания и сооружения I категории защищаются отдельно стоящими или изолированными стержневыми молниеотводами. При высоте защищаемого объекта более 50 м допускается устройство неизолированных молниеотводов непосредственно на защищаемом объекте. При этом число токоотводов принимается не менее двух и каждый из них присоединяется к самостоятельному контуру заземления. Если такой объект имеет сваренный металлический каркас, ограничиваются надёжным его заземлением без установки специальных молниеотводов.
Защита зданий и сооружений II категории осуществляется молниеотводами, установленными непосредственно на самом объекте с присоединением токоотводов к одному заземляющему устройству. Здания и сооружения с неметаллической кровлей защищаются сетчатыми молниеотводами из полосовой или круглой стали сечением не менее 100 мм2 при шаге ячейки сетки не более 5´5 м. Защита зданий и сооружений III категории может выполняться молниеотводами любой модификации. Металлическая кровля таких зданий может быть использована в качестве молниеприёмника.
Для защиты зданий и сооружений, собранных из железобетонных блоков, в качестве молниеприёмника может быть использована стальная арматура верхних покрытий, которая при сборке сваривается и присоединяется с помощью токоотводов к заземляющему устройству. Стальные фермы также могут служить молниеприёмниками, если они надёжно заземлены. В двух последних случаях расстояния между токоотводами принимаются не более 50-60 м.
Защита от прямых ударов молнии металлических наружных установок (резервуары с объёмом более 1000 мм3, секции металлических трубчатых лесов и т.д.) осуществляется молниеприёмниками, устанавливаемыми на защищаемом объекте, либо с помощью отдельно стоящих молниеотводов.
Каждый молниеотвод образует вокруг себя строго определённое пространство, вероятность попадания молнии в которое, минуя молниеприёмники, практически равна нулю. Это пространство называется зоной защиты. Зоны защиты в зависимости от типа, количества и взаимного расположения молниеотводов могут иметь разнообразные геометрические формы. Для одиночного стержневого молниеотвода высотой порядка 60 м зона защиты представляет собой конус с основанием r = 1,5´h, где hx – высота защищаемого сооружения; rx – радиус защиты на высоте объекта.
Радиус защиты определяют из соотношений:
rx = 1,5 ´ ( h – 1,25 hx ) при 0 £hx£ 2/3h
rx = 0,75 ´ ( h – hx ) при 2/3h £hx£h
1. «Охрана труда в строительстве» Крикунов, Резниченко.
2. «Охрана труда в строительстве» Золотницкий, Пчелинцев.