Оценка частоты ударов молнии в объект. Громоотводы для деревьев Карта среднегодовой продолжительности гроз

При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация.

Определение расчетных условий по ветру и гололеду должно производиться на основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ (рис.2.5.1, 2.5.2 - см. цветную вклейку) с уточнением при необходимости их параметров в сторону увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно-изморозевых отложений. В малоизученных районах* для этой цели могут организовываться специальные обследования и наблюдения.

* К малоизученным районам относятся горная местность и районы, где на 100 км трассы ВЛ для характеристики климатических условий имеется только одна репрезентативная метеорологическая станция.

Рис.2.5.1. Карта районирования территории РФ по ветровому давлению

Рис.2.5.2. Карта районирования территории РФ по тощине стенки гололеда

При отсутствии региональных карт значения климатических параметров уточняются путем обработки соответствующих данных многолетних наблюдений согласно методическим указаниям (МУ) по расчету климатических нагрузок на ВЛ и построению региональных карт с повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Основой для районирования по ветровому давлению служат значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Районирование по гололеду производится по максимальной толщине стенки отложения гололеда цилиндрической формы при плотности 0,9 г/см на проводе диаметром 10 мм, расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли, повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Температура воздуха определяется на основании данных метеорологических станций с учетом положений строительных норм и правил и указаний настоящих Правил.

Интенсивность грозовой деятельности должна определяться по картам районирования территории РФ по числу грозовых часов в году (рис.2.5.3 - см. цветную вклейку), региональным картам с уточнением при необходимости по данным метеостанций о среднегодовой продолжительности гроз.

Рис.2.5.3. Карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах

Степень агрессивного воздействия окружающей среды определяется с учетом положений СНиПов и государственных стандартов, содержащих требования к применению элементов ВЛ, гл.1.9 и указаний настоящей главы.

Определение районов по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов должно производиться по карте районирования территории РФ (рис.2.5.4 - см. цветную вклейку) с уточнением по данным эксплуатации.

Рис.2.5.4. Карта районирования территории РФ по пляске проводов

По частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов территория РФ делится на районы с умеренной пляской проводов (частота повторяемости пляски 1 раз в 5 лет и менее) и с частой и интенсивной пляской проводов (частота повторяемости более 1 раза в 5 лет).

2.5.39

При определении климатических условий должно быть учтено влияние на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра особенностей микрорельефа местности (небольшие холмы и котловины, высокие насыпи, овраги, балки и т.п.), а в горных районах - особенностей микро- и мезорельефа местности (гребни, склоны, платообразные участки, днища долин, межгорные долины и т.п.).

2.5.40

Значения максимальных ветровых давлений и толщин стенок гололеда для ВЛ определяются на высоте 10 м над поверхностью земли с повторяемостью 1 раз в 25 лет (нормативные значения).

2.5.41

Нормативное ветровое давление , соответствующее 10-минутному интервалу осреднения скорости ветра (), на высоте 10 м над поверхностью земли принимается по табл.2.5.1 в соответствии с картой районирования территории России по ветровому давлению (рис.2.5.1) или по региональным картам районирования.

Таблица 2.5.1Нормативное ветровое давление на высоте 10 м над поверхностью земли

Полученное при обработке метеоданных нормативное ветровое давление следует округлять до ближайшего большего значения, приведенного в табл.2.5.1.

Ветровое давление определяется по формуле, Па

Ветровое давление более 1500 Па должно округляться до ближайшего большего значения, кратного 250 Па.

Для ВЛ 110-750 кВ нормативное ветровое давление должно приниматься не менее 500 Па.

Для ВЛ, сооружаемых в труднодоступных местностях, ветровое давление рекомендуется принимать соответствующим району на один выше, чем принято для данного региона по региональным картам районирования или на основании обработки материалов многолетних наблюдений.

2.5.42

Для участков ВЛ, сооружаемых в условиях, способствующих резкому увеличению скоростей ветра (высокий берег большой реки, резко выделяющаяся над окружающей местностью возвышенность, гребневые зоны хребтов, межгорные долины, открытые для сильных ветров, прибрежная полоса морей и океанов, больших озер и водохранилищ в пределах 3-5 км), при отсутствии данных наблюдений нормативное ветровое давление следует увеличивать на 40% по сравнению с принятым для данного района. Полученные значения следует округлять до ближайшего значения, указанного в табл.2.5.1.

2.5.43

Нормативное ветровое давление при гололеде с повторяемостью 1 раз в 25 лет определяется по формуле 2.5.41, по скорости ветра при гололеде .

Скорость ветра принимается по региональному районированию ветровых нагрузок при гололеде или определяется по данным наблюдений согласно методическим указаниям по расчету климатических нагрузок. При отсутствии региональных карт и данных наблюдений . Для ВЛ до 20 кВ нормативное ветровое давление при гололеде должно приниматься не менее 200 Па, для ВЛ 330-750 кВ - не менее 160 Па.

Нормативные ветровые давления (скорости ветра) при гололеде округляются до ближайших следующих значений, Па (м/с): 80 (11), 120 (14), 160 (16), 200 (18), 240 (20), 280 (21), 320 (23), 360 (24).

Значения более 360 Па должны округляться до ближайшего значения, кратного 40 Па.

2.5.44

Ветровое давление на провода ВЛ определяется по высоте расположения приведенного центра тяжести всех проводов, на тросы - по высоте расположения центра тяжести тросов, на конструкции опор ВЛ - по высоте расположения средних точек зон, отсчитываемых от отметки поверхности земли в месте установки опоры. Высота каждой зоны должна быть не более 10 м.

Для различных высот расположения центра тяжести проводов, тросов, а также средних точек зон конструкции опор ВЛ ветровое давление определяется умножением его значения на коэффициент , принимаемый по табл.2.5.2.

Таблица 2.5.2 Изменение коэффициента по высоте в зависимости от типа местности

Высота расположения приведенного центра тяжести проводов, тросов и средних точек зон конструкций опор ВЛ над поверхностью земли, м	Коэффициент для типов местности
	А	В	С
До 15	1,00	0,65	0,40
20	1,25	0,85	0,55
40	1,50	1,10	0,80
60	1,70	1,30	1,00
80	1,85	1,45	1,15
100	2,00	1,60	1,25
150	2,25	1,90	1,55
200	2,45	2,10	1,80
250	2,65	2,30	2,00
300	2,75	2,50	2,20
350 и выше	2,75	2,75	2,35

Примечание. Типы местности соответствуют определениям, приведенным в 2.5.6.

Полученные значения ветрового давления должны быть округлены до целого числа.

Для промежуточных высот значения коэффициентов определяются линейной интерполяцией.

Высота расположения приведенного центра тяжести проводов или тросов для габаритного пролета определяется по формуле, м

где - среднеарифметическое значение высоты крепления проводов к изоляторам или среднеарифметическое значение высоты крепления тросов к опоре, отсчитываемое от отметок земли в местах установки опор, м;

Стрела провеса провода или троса в середине пролета при высшей температуре, м.

2.5.45

При расчете проводов и тросов ветер следует принимать направленным под углом 90° к оси ВЛ.

При расчете опор ветер следует принимать направленным под углом 0°, 45° и 90° к оси ВЛ, при этом для угловых опор за ось ВЛ принимается направление биссектрисы внешнего угла поворота, образованного смежными участками линии.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ (Начало)
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ (Окончание)

ИЗОЛЯЦИЯ

2.5.57. На ВЛ 110 кВ и выше должны применяться только подвесные изоляторы; на ВЛ 35 кВ и ниже могут применяться подвесные и штыревые (в том числе опорно-стержневые) изоляторы.

2.5.58. Количество подвесных и тип штыревых изоляторов для ВЛ напряжением 6 кВ и выше выбираются из условия обеспечения надежной работы их в соответствии с "Инструкцией по проектированию изоляции в районах с чистой и загрязненной атмосферой".

Таблица 2.5.15. Минимальное мокроразрядное напряжение штыревых изоляторов


Номинальное напряжение ВЛ, кВ
Действующее мокроразрядное напряжение, кВ

Таблица 2.5.16. Расчетное коммутационное перенапряжение, принимаемое при выборе изоляции ВЛ


Номинальное напряжение ВЛ, кВ	Расчетная кратность коммутационных перенапряжений Наиб. раб	Коммутационные перенапряжения, кВ

2.5.59. При применении подвесных изоляторов с отношением длины пути утечки к строительной высоте более 2,3 гирлянда, выбранная по рабочему напряжению, проверяется по условию воздействия коммутационных перенапряжений, расчетные значения которых приведены в табл. 2.5.17.

2.5.60. На переходных опорах высотой более 40 м количество подвесных изоляторов в гирлянде следует увеличивать по сравнению с принятыми на остальных опорах этой ВЛ на один изолятор на каждые 10 м высоты опоры сверх 40 м.

2.5.61. Коэффициенты запаса прочности изоляторов, т. е. отношение механической нагрузки, разрушающей штыревые и опорно-стержневые изоляторы, или электромеханической разрушающей нагрузки подвесных изоляторов к наибольшей нормативной нагрузке, действующей на изоляторы, должны составлять: при работе ВЛ в нормальном режиме - не менее 2,7; при среднегодовой температуре, отсутствии гололеда и ветра - не менее 5,0; в аварийном режиме для подвесных изоляторов ВЛ 500 кВ - не менее 2,0, а напряжением 330 кВ и ниже - не менее 1,8.

Нагрузки, действующие на изоляторы в аварийном режиме, определяются в соответствии с 2.5.89-2.5.91 и 2.5.93.

Таблица 2.5.17. Количество изоляторов в поддерживающих гирляндах ВЛ 110-500 кВ с металлическими и железобетонными опорами


Тип изолятора	Количество изоляторов, шт., при номинальном напряжении ВЛ, кВ

ПФ6-А (П-4,5)
ПФ6-Б (ПМ-4,5)
ПФ6-В (ПФЕ-4,5)
ПФ6-В (со Знаком качества)

ПФ20-А(ПФЕ-16)



ПС6-А (ПС-4,5)

ПС-11 (ПС-8,5)

ПС16-А(ЛС-16)
ПС16-Б (со Знаком качества)

ПС30-А (ЛС-30)

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, ЗАЗЕМЛЕНИЕ

2.5.62. ВЛ 110-500 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов молнии тросами по всей длине линии.

Сооружение ВЛ 110-500 кВ без тросов допускается:

1) в районах с числом грозовых часов в году менее 20;

2) на отдельных участках ВЛ в районах с плохо проводящими грунтами ( Ом·м);

3) на участках трассы с расчетной толщиной стенки гололеда более 20 мм.

Усиления изоляции для случаев, приведенных в п. 1-3, не требуется.

При отсутствии данных о среднегодовой продолжительности гроз можно пользоваться картой районирования территории СССР по числу грозовых часов в году (рис. 2.5.13-2.5.15).

Рис. 2.5.13. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 1

Рис. 2.5.14. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 2

Рис. 2.5.15. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 3

Рис. 2.5.16. Карта среднегодовой продолжительности гроз. Лист 4

Защита подходов ВЛ к подстанциям должна выполняться в соответствии с требованиями гл. 4.2.

2.5.63. Для ВЛ до 35 кВ применения грозозащитных тросов не требуется. ВЛ 110 кВ на деревянных опорах, как правило, не должны защищаться тросами.

2.5.64. Единичные металлические и железобетонные опоры и другие места с ослабленной изоляцией на ВЛ 35 кВ с деревянными опорами должны защищаться трубчатыми разрядниками или, при наличии АПВ, защитными промежутками, а на ВЛ 110-220 кВ - трубчатыми разрядниками. При отсутствии трубчатых разрядников 110-220 кВ необходимых параметров допускается устанавливать вместо них защитные промежутки.

2.5.65. При выполнении защиты ВЛ от грозовых перенапряжений тросами необходимо руководствоваться следующим:

1. Одностоечные металлические и железобетонные опоры с одним тросом должны иметь угол защиты не более 30°, а с двумя тросами для целей грозозащиты - не более 20°.

2. На металлических опорах с горизонтальным расположением проводов и с двумя тросами угол защиты по отношению к внешним проводам должен быть не более 20°; в III, IV и особом районах по гололеду, а также в районах с частой пляской проводов допускается угол защиты до 30°.

3. На железобетонных и деревянных опорах портального типа угол защиты по отношению к крайним проводам допускается не более 30°.

4. При защите ВЛ двумя тросами расстояние между ними должно быть не более пятикратного расстояния по вертикали от тросов до проводов.

2.5.66. Расстояния по вертикали между тросом и проводом ВЛ в середине пролета, без учета отклонения их ветром, по условиям защиты от грозовых перенапряжений должны быть не менее приведенных в табл. 2.5.18 и не менее расстояния по вертикали между тросом и проводом на опоре.

При промежуточных значениях длин пролетов расстояния определяются интерполяцией.

2.5.67. Крепление тросов на всех опорах ВЛ 220-500 кВ должно быть выполнено при помощи изолятора, шунтированного искровым промежутком размером 40 мм.

На каждом анкерном участке длиной до 10 км тросы должны быть заземлены в одной точке путем устройства специальных перемычек на анкерной опоре. При большой длине анкерных пролетов количество точек заземления в пролете выбирается таким, чтобы при наибольшем значении продольной электродвижущей силы, наводимой в тросе при КЗ на ВЛ, не происходил пробой искровых промежутков на ВЛ.

В случае подвески тросов на нескольких изоляторах, например для плавки гололеда на тросах или для связи, размер искрового промежутка должен быть скоординирован с электрической прочностью гирлянды, на которой подвешен трос.

На подходах ВЛ 220-330 кВ к подстанциям на длине 2-3 км и на подходе ВЛ 500 кВ на длине не менее 5 км, если тросы не используются для емкостного отбора, плавки гололеда или связи, их следует заземлять на каждой опоре.

На ВЛ 150 кВ и ниже, если не предусмотрена плавка гололеда на тросе, изолированное крепление троса следует выполнять только на металлических и железобетонных анкерных опорах. Если такая плавка предусмотрена, то изолированное крепление троса должно быть выполнено по всей длине ВЛ.

Таблица 2.5.18. Наименьшее расстояние между тросом и проводом в середине пролета


Длина пролета, м	Наименьшее расстояние между тросом и проводом по вертикали, м

2.5.68. На ВЛ с деревянными опорами портального типа расстояние между фазами по дереву должно быть не менее 5 м для ВЛ напряжением 220 кВ, 4,5 м для ВЛ 150 кВ, 4 м для ВЛ 110 кВ, 3 м для ВЛ 35 кВ.

В отдельных случаях для ВЛ 110-220 кВ при наличии обоснований (небольшие токи КЗ, районы со слабой грозовой деятельностью, реконструкция и т.п.), допускается уменьшение указанных расстояний до значения, рекомендованного для ВЛ напряжением на одну ступень ниже.

На одностоечных деревянных опорах допускаются следующие расстояния между фазами по дереву: 2,5 м для ВЛ 35 кВ, 0,75 м для ВЛ 3-20 кВ при условии соблюдения расстояний в пролете согласно 2.5.53.
Применение металлических траверс на деревянных опорах не рекомендуется.

Таблица 2.5.19. Наименьшее допустимое изоляционное расстояние
по воздуху от токоведущих до заземленных частей ВЛ


Расчетное условие	Наименьшее изоляционное расстояние, см, при напряжении ВЛ, кВ

Грозовые перенапряжения для изоляторов:
штыревых
подвесных
Внутренние перенапряжения
Рабочее напряжение
Обеспечение безопасного подъема на опору

2.5.69. Кабельные вставки в ВЛ при их длине менее 1,5 км должны быть защищены по обоим концам кабеля от грозовых перенапряжений трубчатыми или вентильными разрядниками. Заземляющий зажим разрядника, металлические оболочки кабеля, а также корпус кабельной муфты должны быть соединены между собой по кратчайшему пути. Заземляющий зажим разрядника должен быть соединен с заземлителем отдельным спуском.

2.5.70. На переходах ВЛ через реки, ущелья и т. п. при высоте опор более 40 м и отсутствии на опорах троса должны устанавливаться трубчатые разрядники.

2.5.71. Для ВЛ, проходящих на высоте до 1000 м над уровнем моря, изоляционные расстояния по воздуху от проводов и арматуры, находящейся под напряжением, до заземленных частей опор должны быть не менее приведенных в табл. 2.5.19.

Изоляционные расстояния по воздуху между токоведущими частями и деревянной опорой, не имеющей заземляющих спусков, допускается уменьшать на 10%, за исключением расстояний, выбираемых по условию безопасного подъема на опору.

При прохождении ВЛ в горных районах наименьшие изоляционные расстояния по рабочему напряжению и по внутренним перенапряжениям должны быть увеличены по сравнению с приведенными в табл. 2.5.19 на 1% на каждые 100 м и выше 1000 м над уровнем моря.

2.5.72. Наименьшие расстояния на опоре между проводами ВЛ в местах их пересечения между собой при транспозиции, ответвлениях, переходе с одного расположения проводов на другое должны быть не менее приведенных в табл. 2.5.20.

2.5.73. Дополнительные требования к защите от грозовых перенапряжений ВЛ при пересечении их между собой и при пересечении ими различных сооружений приведены в 2.5.122, 2.5.129, 2.5.140 и 2.5.152.

Таблица 2.5.20. Наименьшее расстояние между
фазами ВЛ на опоре


Расчетное условие	Наименьшее расстояние между фазами, см, при напряжении ВЛ, кВ

Грозовые перенапряжения
Внутренние перенапряжения
Рабочее напряжение

2.5.74. На ВЛ должны быть заземлены:

1) опоры, имеющие грозозащитный трос или другие устройства грозоза щиты;

2) железобетонные и металлические опоры ВЛ 3-35 кВ;

3) опоры, на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители или другие аппараты;

4) металлические и железобетонные опоры ВЛ 110-500 кВ без тросов и других устройств грозозащиты, если это необходимо по условиям обеспечения надежной работы релейной защиты и автоматики.

2.5.75. Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 1, должны быть не более приведенных в табл. 2.5.21.

Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 2, должны быть: для ВЛ 3-20 кВ в населенной местности, а также для всех ВЛ 35 кВ - не более приведенных в табл. 2.5.21, для ВЛ 3-20 кВ в ненаселенной местности в грунтах с удельным сопротивлением до 100 Ом·м - не более 30 Ом, а в грунтах с выше 100 Ом·м - не более 0,3 Ом.

Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 3, для ВЛ 110 кВ и выше должны быть не более приведенных в табл. 2.5.22, а для ВЛ 3-35 кВ должны выбираться в соответствии с требованиями 1.7.57 и 1.7.58.

Сопротивления заземляющих устройств опор, указанных в 2.5.74, п. 4, определяются при проектировании ВЛ.

Для ВЛ, защищенных тросами, сопротивления заземляющих устройств, выполняемых по условиям грозозащиты, должны обеспечиваться при отсоединенном тросе, а по остальным условиям - при неотсоединенном тросе.

Для опор высотой более 40 м на участках ВЛ, защищенных тросами, сопротивления заземляющих устройств, должны быть в 2 раза меньше по сравнению с приведенными в табл. 2.5.21.

Сопротивления заземляющих устройств опор ВЛ должны обеспечиваться и измеряться при токах промышленной частоты в период их наибольших значений в летнее время. Допускается производить измерение в другие периоды с корректировкой результатов путем введения сезонного коэффициента, однако не следует производить измерение в период, когда на значение сопротивления заземляющих устройств оказывает существенное влияние промерзание грунта.

Таблица 2.5.21. Наибольшее сопротивление заземляющих устройств
опор ВЛ


Удельное эквивалентное сопротивление земли , Ом·м	Наибольшее сопротивление заземляющего устройства, Ом

Более 100 до 500
Более 500 до 1000
Более 1000 до 5000
Более 5000

2.5.76. При прохождении ВЛ 110 кВ и выше в местностях с глинистыми, суглинистыми, супесчаными и тому подобными грунтами с удельным сопротивлением 500 Ом·м следует использовать арматуру железобетонных фундаментов, опор и пасынков в качестве естественных заземлителей без дополнительной укладки или в сочетании с укладкой искусственных заземлителей. В грунтах с более высоким удельным сопротивлением естественная проводимость железобетонных фундаментов не должна учитываться, а требуемое значение сопротивления заземляющего устройства должно обеспечиваться только применением искусственных заземлителей.

Значения сопротивления заземляющих устройств опор ВЛ 3-35 кВ должны обеспечиваться применением искусственных заземлителей, а естественная проводимость фундаментов, подземных частей опор и пасынков (приставок) при расчетах не должна учитываться.

2.5.77. Железобетонные фундаменты опор ВЛ могут быть использованы в качестве естественных заземлителей (исключение см. в 2.5.76 и 2.5.142) при осуществлении металлической связи между анкерными болтами и арматурой фундамента.

Наличие битумной обмазки на железобетонных опорах и фундаментах, используемых в качестве естественных заземлителей, не должно учитываться.

Измерение проводимости железобетонных фундаментов, подземных частей опор и пасынков должно производиться не ранее чем через 2 месяца после их установки.

2.5.78. Для заземления железобетонных опор в качестве заземляющих проводников следует использовать все те элементы напряженной и ненапряженной продольной арматуры стоек, которые металлически соединены между собой и могут быть присоединены к заземлителю.

Стержни арматуры, используемые для заземления, должны быть проверены на термическую стойкость при прохождении токов КЗ. За время КЗ стержни должны нагреваться не более чем на 60°С.

Оттяжки железобетонных опор должны использоваться в качестве заземляющих проводников дополнительно к арматуре. При этом свободный конец тросов оттяжек должен присоединяться к рабочей части оттяжек при помощи специального зажима.

Тросы и детали крепления изоляторов к траверсе железобетонных опор должны быть металлически соединены с заземляющим спуском или заземленной арматурой.

2.5.79. Сечение каждого из заземляющих спусков на опоре ВЛ должно быть не менее 35 мм, а для однопроволочных спусков диаметр должен быть не менее 10 мм. Допускается применение стальных оцинкованных однопроволочных спусков диаметром не менее 6 мм.

2.5.80. Заземлители ВЛ, как правило, должны находиться на глубине не менее 0,5 м, а в пахотной земле - 1 м. В случае установки опор в скальных грунтах допускается прокладка лучевых заземлителей непосредственно под разборным слоем над скальными породами при толщине слоя не менее 0,1 м. При меньшей толщине этого слоя или его отсутствии рекомендуется прокладка заземлителей по поверхности скалы с заливкой их цементным раствором.

АРМАТУРА

2.5.81. Крепление проводов к подвесным изоляторам и крепление тросов следует производить при помощи поддерживающих или натяжных зажимов. Из натяжных зажимов предпочтение следует отдавать зажимам, не требующим разрезания провода. Крепление проводов к штыревым изоляторам следует производить проволочными вязками или специальными зажимами.

2.5.82. Поддерживающие зажимы для подвески проводов могут быть глухими или с заделкой ограниченной прочности. По условию надежности рекомендуется применение глухих зажимов. Подвеску грозозащитных тросов на опорах следует осуществлять только в глухих зажимах.

На больших переходах могут применяться многороликовые подвесы и специальные зажимы.

2.5.83. Соединения проводов и тросов следует производить при помощи соединительных зажимов, сварки, а также при помощи зажимов и сварки в совокупности. В одном пролете ВЛ допускается не более одного соединения на каждый провод или трос.

В пролетах, пересекающих инженерные сооружения, перечисленные в 2.5.118-2.5.160 и 2.6.163-2.5.167, одно соединение на провод (трос) допускается: при сталеалюминиевых проводах с отношением А: С4,29 - сечением 240 мм и более, с отношением А: С1,46 - любого сечения, при стальных тросах - сечением 120 мм и более, а также при расщеплении фазы на три сталеалюминиевых провода с отношением А: С4,29 - сечением 150 мм и более.

Минимальное расстояние от соединительного зажима до зажима с ограниченной прочностью заделки должно быть не менее 25 м.

2.5.84. Прочность заделки проводов и тросов в соединительных и натяжных зажимах должна составлять не менее 90% предела прочности провода или троса.

2.5.85. Коэффициенты запаса прочности линейной арматуры, т. е. отношение минимальной разрушающей нагрузки к нормативной нагрузке, воспринимаемой арматурой, должны быть не менее 2,5 при работе ВЛ в нормальном режиме и не менее 1,7 в аварийном режиме.

На линиях с механическим напряжением в проводах, превышающим 42% предела прочности при наибольшей нагрузке, до освоения арматуры новых типов допускается уменьшение коэффициентов запаса прочности линейной арматуры в нормальном режиме до 2,3.

Коэффициенты запаса прочности крюков и штырей должны быть не менее 2,0 в нормальном режиме и не менее 1,3 в аварийном режиме.

Нагрузки, действующие на арматуру, крюки и штыри в аварийном режиме, определяются в соответствии с 2.5.89-2.5.91 и 2.5.93.

ОПОРЫ

2.5.86. Опоры ВЛ выше 1 кВ разделяются на два основных вида: анкерные опоры, полностью воспринимающие тяжение проводов и тросов в смежных с опорой пролетах, и промежуточные, которые не воспринимают тяжение проводов или воспринимают его частично. На базе анкерных опор могут выполняться концевые и транспозиционные опоры. Промежуточные и анкерные опоры могут быть прямыми и угловыми.

В зависимости от количества подвешиваемых на них цепей опоры разделяются на одноцепные, двухцепные и т. д.

Промежуточные опоры могут быть гибкой и жесткой конструкции, опоры анкерного типа должны быть жесткими. Опоры анкерного типа могут быть нормальной и облегченной конструкции.

Опоры могут выполняться свободностоящими или с оттяжками.

Проектирование опор, фундаментов и оснований должно производиться с учетом указаний, приведенных в приложении к настоящей главе.

2.5.87. Опоры должны рассчитываться на нагрузки нормальных и аварийных режимов ВЛ.

Анкерные опоры должны быть рассчитаны на разность тяжений проводов и тросов, возникающую вследствие неравенства значений приведенных пролетов по обе стороны опоры. При этом условия для расчета разности тяжений устанавливаются при разработке конструкций опор.

Двухцепные опоры во всех режимах должны быть рассчитаны на условия, когда смонтирована только одна цепь.

Опоры должны быть проверены на условия их сборки и установки, а также на условия монтажа проводов и тросов.

2.5.88. Опоры на ВЛ должны рассчитываться на следующие условия нормальных режимов:

1. Провода и тросы не оборваны и свободны от гололеда, скоростной напор ветра , температура минус 5°С.

2. Провода и тросы не оборваны и покрыты гололедом, скоростной напор ветра 0,25, температура минус 5°С (см. также 2.5.34).

Анкерные опоры и промежуточные угловые опоры должны рассчитываться также на условия низшей температуры без ветра, если тяжение проводов или тросов в этом режиме больше, чем в режиме наибольших нагрузок.

Концевые опоры должны рассчитываться также на одностороннее тяжение всех проводов и тросов (провода и тросы со стороны подстанции или пролета, смежного с большим переходом, не смонтированы).

2.5.89. Промежуточные опоры ВЛ с поддерживающими гирляндами и глухими зажимами должны рассчитываться на условные горизонтальные статические нагрузки аварийных режимов.

Расчет производится при следующих условиях:

1. Оборваны провод или провода одной фазы (при любом числе проводов на опоре); тросы не оборваны.

2. Оборван один трос; провода не оборваны.

Условные нагрузки прилагаются в местах крепления того провода или троса, при обрыве которого усилия в рассчитываемых элементах опоры получаются наибольшими.

Нагрузки от проводов и тросов следует принимать по среднеэксплуатационным условиям (в режиме без гололеда и без ветра).

В расчетах опор ВЛ с нерасщепленными фазами условные нагрузки от провода принимаются:

А. Для свободностоящих металлических опор и опор из любого материала на оттяжках с проводами сечением до 185 мм 0,5 ; сечением 205 мм и более 0,4 ;

Б. Для железобетонных свободностоящих опор с проводами сечением до 185 мм 0,3 ; сечением 205 мм и более 0,25 .

В. Для деревянных свободностоящих опор с проводами сечением до 185 мм 0,25 ; сечением 205 мм и более 0,2 , где - наибольшее нормативное тяжение провода или проводов одной фазы.

Г. Для других опор (опор из новых материалов, металлических гибких опор и т. п.) - в зависимости от гибкости рассчитываемых опор в пределах, указанных в п. А - В.

В расчетах опор ВЛ до 330 кВ с расщепленными фазами нормативная нагрузка определяется путем умножения значений, указанных в п. А - В для нерасщепленных фаз, на дополнительные коэффициенты: 0,8 при расщеплении на два провода, 0,7 - на три провода и 0,6 - на четыре провода.

В расчетах опор ВЛ 500 кВ с расщепленными фазами нормативная условная нагрузка, прилагаемая в месте крепления одной фазы, принимается равной 0,15 , но не менее 18 кН.

При применении средств, ограничивающих передачу продольной нагрузки на промежуточную опору (зажимы с ограниченной прочностью заделки, подвеска на блоках, а также другие средства), расчет следует производить на нормативные нагрузки, возникающие при использовании этих средств, но не более условных нагрузок, принимаемых при подвеске проводов в глухих зажимах.

Условная горизонтальная нагрузка от троса принимается равной 0,5 .

Для гибких опор (железобетонных и деревянных опор без оттяжек) допускается определять нормативную нагрузку от обрыва троса с учетом гибкости опор.

В расчетах допускается учитывать поддерживающее действие необорванных проводов и тросов в режиме среднегодовой температуры без гололеда и ветра. При этом нормативные условные нагрузки следует принимать как для металлических свободностоящих опор и опор из любого материала на оттяжках, а механические напряжения, возникающие в поддерживающих проводах и тросах, не должны превышать 70% предела прочности.

2.5.90. Промежуточные опоры ВЛ с креплением проводов на штиревых изоляторах при помощи проволочной вязки должны быть рассчитаны в аварийном режиме с учетом гибкости опор на обрыв одного провода, дающего наибольшие усилия в элементах опоры. Условная нормативная горизонтальная нагрузка вдоль линии от тяжения оборванного провода при расчете стойки должна приниматься равной 0,5

Д еревья нередко становятся мишенью для ударов молний, что подчас приводит к очень серьезным последствиям. Мы расскажем о том, какую опасность несет поражение молнией как для самих деревьев, так и для живущих рядом с ними людей, а также как можно снизить риски, связанные с этим явлением.

Куда бьет молния

Для значительной части территории Земли грозы – вполне обыденное явление. Одновременно над Землей бушует около полутора тысяч гроз. Ежегодно, например, в Москве наблюдается более 20 грозовых дней. Но несмотря на привычность этого природного явления, его мощь не может не потрясать. Напряжение тока средней молнии около 100 000 вольт, а сила тока 20 000–50 000 ампер. Температура канала молнии при этом достигает 25 000 – 30 000 °C. Неудивительно, что попадание молнии в строения, деревья или людей и распространение ее электрического заряда часто приводит к катастрофическим последствиям.

Хотя поражение молнией отдельно взятого наземного объекта, будь то здание, мачта или дерево, довольно редкое событие, колоссальная разрушительная сила делает грозы одним из наиболее опасных для человека природных явлений. Так, по статистике, каждый седьмой пожар в сельской местности начинается из-за удара молнии, по количеству вызванных природными бедствиями зарегистрированных смертельных случаев молнии занимают второе место, уступая только наводнениям.

Вероятность поражения наземных объектов (в том числе и деревьев) молнией зависит от нескольких факторов:

от интенсивности грозовой активности в регионе (связана с особенностями климата);
от высоты данного объекта (чем выше, тем вероятнее удар молнии);
от электрического сопротивления объекта и расположенных под ними слоев почвы (чем ниже электрическое сопротивление объекта и расположенных под ним слоев почвы, тем выше вероятность разряда в него молнии).

Из сказанного понятно, почему деревья часто становятся мишенью для молний: дерево нередко является преобладающим по высоте элементом рельефа, насыщенная влагой живая древесина, связанная с глубокими, обладающими низким электрическим сопротивлением слоями грунта, часто представляет собой неплохо заземленный естественный громоотвод.

Грозовая активность в некоторых населенных пунктах Московской области

Населенный пункт	Среднегодовая продолжительность гроз, часы	Удельная плотность ударов молний в 1 км²	Общая характеристика грозовой активности
Волоколамск	40–60	4	высокая
Истра	40–60	4	высокая
Новый Иерусалим	40–60	4	высокая
Павловский Посад	20–40	2	средняя
Москва	20–40	2	средняя
Кашира	20–40	2	средняя

Чем опасно поражение молнией дерева

Последствия удара молнии в дерево часто оказываются разрушительными как для него самого, так и для расположенных рядом строений, а также представляют значительную угрозу для людей, оказавшихся в этот момент поблизости. В момент прохождения мощного электрического заряда через древесину происходит мощное выделение тепла и взрывное испарение влаги внутри ствола. Результатом этого становятся повреждения разной тяжести: от поверхностных ожогов или трещин до полного расщепления ствола или возгорания дерева. В некоторых случаях внутри ствола возникают значительные механические повреждения (продольные трещины или расщепление древесины по годичным кольцам), практически незаметные при внешнем осмотре, но существенно увеличивающие риск падения дерева в ближайшем будущем. Нередко серьезные, но незаметные при визуальном осмотре повреждения могут получать и корни дерева.

В том случае, если повреждение молнией не приводит к мгновенному разрушению или гибели дерева, полученные им обширные травмы могут стать причиной развития опасных болезней, например гнилей, сосудистых заболеваний, ослабленное растение становится легкой добычей стволовых вредителей. В результате этого дерево может стать небезопасным или усохнуть.

Удары молнии в деревья (в том числе и живые) нередко вызывают пожары, которые переходят и на близлежащие строения. Иногда боковой разряд от дерева передается на стену здания, даже если на нем установлен молниеотвод. Наконец, электрический потенциал от пораженного дерева распространяется в поверхностных слоях грунта, в результате чего он может быть занесен в здание, повредить подземные коммуникации или привести к поражению электрическим током людей или домашних животных.

Удар молнии в дерево способен причинить значительный материальный ущерб даже в том случае, если аварийной ситуации при этом не возникло. Ведь оценка безопасности такого дерева, специальный уход за ним либо даже простое удаление засохшего или безнадежно больного дерева может быть связано со значительными материальными затратами.

Иногда боковой разряд от дерева передается на стену здания, даже если на нем установлен молниеотвод.

Проблемы нормативной базы

Таким образом, молниезащита особенно ценных деревьев (являющихся центром ландшафтных композиций, исторических и редких) или деревьев, произрастающих вблизи жилья, может быть практически оправданной. Однако нормативная база, предписывающая или регулирующая молниезащиту деревьев, в нашей стране полностью отсутствует. Такое положение дел является скорее следствием инертности отечественной нормативно-правовой базы, чем адекватной оценкой рисков, связанных с поражением молниями деревьев в урбанизированной среде.

Основной действующий отечественный стандарт по молниезащите датируется 1987 годом. Отношение к молниезащите в загородной местности в этом документе отражает реалии и позиции того времени: материальная ценность большинства загородных построек была невелика, а интересы государства фокусировались на защите общественной, а не частной собственности. Кроме того, составители отечественных стандартов исходили из предположения, что при строительстве загородного жилья соблюдаются строительные нормы и правила, но это не всегда так. В частности, минимальное расстояние от ствола дерева до стены здания должно быть не менее 5 м. В реалиях же загородного строительства дома часто располагают вплотную к деревьям. Причем владельцы таких деревьев, как правило, неохотно соглашаются на их удаление.

В других странах нормативы по молниезащите есть: например американский – ANSI A 300 Part 4 или британский – British Standard 6651 регулирует в том числе и молниезащиту деревьев.

Минимальное расстояние от ствола дерева до стены здания должно быть не менее 5 м.

Когда необходима защита?

В каких случаях имеет смысл задуматься о молниезащите дерева? Перечислим факторы, на основании которых может быть рекомендовано такое решение.

Дерево произрастает на открытой местности или заметно выше соседних деревьев, зданий, сооружений и элементов рельефа . Преобладающие по высоте объекты поражаются молниями чаще.

Район с высокой грозовой активностью. При высокой частоте гроз вероятность поражения деревьев (как и других объектов) возрастает. Основными характеристиками грозовой активности являюся среднегодовое число грозовых часов, а также средняя удельная плотность ударов молний в землю (среднегодовое число ударов молний на 1 км²) земной поверхности. Последний показатель используется для расчета ожидаемого числа поражений объекта (в том числе и дерева) молнией в год. Например, в случае района со средней продолжительностью грозовых часов 40–60 в год (в частности, некоторые районы Московской области) можно ожидать поражения дерева высотой 25 м один раз в 20 лет.

Расположение участка вблизи водоемов, подземных ключей, повышенная влажность почвы на участке . Такое расположение дополнительно увеличивает риск поражения дерева молнией.

Высокое дерево произрастает на расстоянии трех или менее метров от здания. Такое расположение дерева не влияет на вероятность попадания в него молнии. Однако поражение деревьев, расположенных вблизи строений, несет значительные угрозы как для самих строений, так и для находящихся в них людей. При этом повышается риск поражения здания боковым разрядом, очень велик риск повреждения кровли при падении дерева, при его возгорании пожар может распространиться на здание.

Ветви дерева нависают над кровлей здания, касаются его стен, козырьков, водостоков или декоративных элементов фасада . В этом случае также повышается риск повреждения здания, возгораний, переноса разряда на дом.

Дерево относится к породе, часто или регулярно поражаемой ударами молний . Деревья некоторых пород поражаются молниями чаще, чем другие. Наиболее часто поражаются молниями дубы.

Корни дерева, произрастающего рядом со зданием, могут контактировать с подземным фундаментом или подходящими к дому коммуникациями . В этом случае при поражении молнией дерева повышается вероятность «заноса» разряда в помещения или повреждения коммуникаций (например, датчиков системы полива и электросетей).

Специалисты по молниезащите зданий рекомендуют установку отдельно стоящегомолниеприемника, при этом на расстоянии от 3 до 10 м есть деревья, подходящие по высоте и другим параметрам для установки молниеприемника и токоотвода . Установка отдельной мачты может обойтись довольно дорого. Для многих владельцев загородных домов такие мачты также эстетически неприемлемы. И наконец, разместить мачту в лесной зоне таким образом, чтобы при ее строительстве не пострадали корни деревьев или растяжки не мешали перемещению людей, бывает очень не просто.

Подверженность поражению незащищенных деревьев некоторых пород
(из стандарта ANSI A 300, Part 4)

Принцип действия

Принцип действия системы молниезащиты состоит в том, что разряд молнии «перехватывается» молниеприемником, безопасно проводится токоотводом и передается в глубокие слои почвы при помощи заземления.

Компонентами системы молниезащиты дерева являются: молниеприемник (один или несколько), надземный токоотвод, подземный токоотвод и система заземления, состоящая из нескольких заземляющих стержней или пластин.

При разработке собственных схем молниезащиты мы столкнулись с необходимостью сочетания отечественных стандартов по молниезащите зданий и сооружений и западных стандартов, регулирующих молниезащиту деревьев. Необходимость такого сочетания связана с тем, что в действующих отечественных стандартах нет рекомендаций по установке систем молниезащиты на деревья, а более старые предписания включают инструкции, представляющие угрозу для здоровья дерева. В то же время американский стандарт ANSI A 300, содержащий подробную информацию о креплении системы на дереве и принципах ее установки и обслуживания предъявляет более низкие требования к электробезопасности системы по сравнению с отечественными нормативами.

Компоненты молниезащиты выполняются из меди или нержавеющей стали. При этом, во избежание коррозии, используется только один из выбранных материалов во всех соединениях и контактах между проводящими элементами. Однако при использовании меди допускается применение бронзовых элементов крепления. Медные компоненты дороже, но имеют большую проводимость, что позволяет уменьшить размер компонентов, сделать их менее заметными и сократить расходы на монтаж системы.

По статистике, каждый седьмой пожар в сельской местности начинается из-за удара молнии, по количеству вызванных природными бедствиями зарегистрированных смертельных случаев молнии занимают второе место, уступая только наводнениям.

Компоненты системы

Молниеприемник представляет собой замкнутую на конце металлическую трубку. Токоотвод входит внутрь молниеприемника и присоединяется к нему болтами.

Для деревьев с раскидистой кроной бывают необходимы дополнительны токоприемники, поскольку в этом случае разряд молнии может ударить в ветви или вершины, удаленные от молниеприемника. Если на дереве установлена система механической поддержки ветвей на основе металлических тросов, то при выполнении молниезащиты она также должна быть заземлена. Для этого при помощи болтового контакта к ней присоединяется дополнительный токоотвод. Следует учитывать, что прямой контакт меди с оцинкованным тросом недопустим, поскольку ведет к коррозии.

Токоотводы от молниеприемников и дополнительных контактов соединяются при помощи специальных зажимных контактов или болтовых соединений. В соответствии со стандартом ANSI A 300 для молниезащиты деревьев используются токоотводы в виде цельнометаллических стальных кабелей различного плетения. В соответствии с отечественными стандартами минимальное эффективное сечение токоотвода из меди – 16 мм², минимальный размер эффективного сечения токоотвода из стали – 50 мм. При проведении токоотводов по дереву необходимо избегать их резких изгибов. Недопустимы изгибы токоотводов под углом меньше 900, радиус кривизны изгиба не должен быть меньше 20 см.

Токоотводы присоединяются к стволу при помощи металлических зажимов, заглубляемых в древесину ствола на несколько сантиметров. Материал зажимов не должен приводить к контактной коррозии при соединении с токоотводом. Фиксировать токоотводы, привязывая их к дереву проволокой, нельзя, поскольку радиальный рост ствола приведет к возникновению кольцевых травм и усыханию дерева. Жесткая фиксация токоотводов на поверхности ствола (скобами) приведет к их врастанию в ствол, снижению долговечности и безопасности системы и развитию обширной стволовой гнили. Оптимальный вариант крепления системы – установка динамических зажимов. В этом случае при увеличении диаметра ствола держатели с кабелями автоматически поджимаются к концу стержня давлением тканей дерева. Отметим, что заглубление штифтов зажимов на несколько сантиметров в древесину и их последующая частичная инкапсуляция деревом практически не наносит ему никакого вреда.

Токоотводы спускаются вниз по стволу до его основания и заглубляются в траншею.

Минимальная глубина траншеи для подземной части токоотвода, предписываемая стандартом ANSI A 300, – 20 см. Копка траншеи проводится вручную с сохранением максимального числа корней. В тех случаях, когда повреждение корней особенно нежелательно, для устройства траншеи следует использовать специальное оборудование. Например, воздушный нож – компрессорный инструмент, предназначенный для выполнения земляных работ в приствольной зоне деревьев. Это устройство, используя сильный сфокусированный поток воздуха, способно удалить частицы грунта, не повреждая даже самых тонких корней дерева.

Тип и параметры заземляющего устройства и расстояние, на которое должен отходить до него токоотвод, определяются свойствами грунта. Это связано с необходимостью сократить до требуемого уровня импульсное сопротивление заземления – электрическое сопротивление растеканию импульса электрического тока от заземляющего электрода. По отечественным нормам в местах, регулярно посещаемых людьми, такое сопротивление не должно превышать 10 Ом. Данная величина сопротивления заземлению должна исключить искровые пробои тока от подземного токоотвода и заземлителя на поверхность почвы и, следовательно, предотвратить поражение людей, строений и коммуникаций электрическим током. Основной показатель грунта, определяющий выбор схемы заземления, – удельное сопротивление грунта – сопротивление между двумя гранями 1 м³ земли при прохождении по нему тока.

Чем выше удельное сопротивление грунта, тем более разветвленной должна быть система заземления, чтобы обеспечить безопасное стекание электрического заряда. На грунтах с небольшим удельным сопротивлением –до 300 Ом (суглинки, глины, заболоченная местность), – как правило, применяется система заземления из двух вертикальных заземляющих стержней, соединенных токоотводом. Между стержнями выдерживается расстояние не менее 5 м. Длина стержней 2,5–3 м, верхний конец стержня заглубляется на 0,5 м.

На грунтах с большими значениями удельного сопротивления (супеси, пески, гравий) используются многолучевые системы заземления. При ограничении возможной глубины залегания заземления применяются заземляющие пластины. Для удобства осмотров и тестирования надежности заземления над заземляющими элементами устанавливаются небольшие колодцы.

Удельное сопротивление грунта не постоянная величина, ее значение сильно зависит от влажности грунта. Поэтому в засушливое время года надежность заземления может снижаться. Для предотвращения этого используется несколько приемов. Во-первых, заземляющие стержни по возможности размещаются в зоне полива. Во-вторых, верхняя часть стержня заглубляется на 0,5 м ниже поверхности грунта (верхние 0,5 м грунта наиболее склонны к пересыханию). В-третьих, при необходимости в грунт добавляется бентонит – естественный влагоудерживающий компонент. Бентонит представляет собой мелкие коллоидные частицы минеральной глины, поровое пространство которых хорошо удерживает влагу и стабилизирует влажность грунта.

Насыщенная влагой живая древесина, связанная с глубокими, обладающими низким электрическим сопротивлением слоями грунта, часто представляет собой неплохо заземленный естественный громоотвод.

Распространенные ошибки

В отечественной практике молниезащита деревьев применяется редко, и в тех случаях, когда она все же производится, при ее устройстве совершается ряд серьезных ошибок. Так, в качестве молниеотводов, как правило, используются металлические прутки, закрепляемые на дереве при помощи проволоки или металлических обручей. Такой вариант крепления приводит к возникновению серьезных кольцевых травм ствола, которые со временем приводят к полному усыханию дерева. Определенную опасность представляет и врастание токоотвода в ствол дерева, приводящее к возникновению обширных открытых продольных ран на стволе.

Поскольку установка молниезащиты на деревья производится электромонтажниками, то для подъема на дерево ими обычно используются гафы (кошки) – ботинки с металлическими шипами, наносящие серьезные травмы дереву.

К сожалению, игнорируются и особенности кроны дерева: как правило, не учитывается необходимость установки нескольких молниеприемников на многовершинные деревья с широкими кронами, не учитываются также и структурные дефекты ветвления дерева, что нередко приводит к слому и падению вершины с установленным молниеприемником.

Молниезащиту деревьев нельзя назвать распространенной практикой. Показания к ее выполнению встречаются в районах с умеренной грозовой активностью достаточно редко. Тем не менее в тех случаях, когда молниезащита деревьев необходима, крайне важно ее правильное выполнение. Проектируя и устанавливая такие системы, важно учитывать не только надежность самого молниеотвода, но и безопасность системы для защищаемого дерева.

Итоговая надежность молниезащиты будет зависеть как от правильного выбора ее материалов, контактов и заземления, так и от устойчивости самого дерева. Только учитывая особенности структуры кроны, радиального прироста, расположения корневой системы дерева, можно создать надежную и не наносящую опасных травм дереву, а значит, не создающую лишних рисков для живущих рядом людей систему молниезащиты.

Среднегодовая продолжительность гроз.. Удельная плотность ударов молнии n M .. Радиус стягивания Rст.. Число прямых ударов молнии в объект.. Степень опасности молнии.

Задача проектировщика – предусмотреть в проекте надежную и целесообразную систему молниезащиты объекта. Чтобы определить достаточный объем защитных мероприятий, обеспечивающих эффективную защиту от молний, необходимо представлять себе прогнозируемое число прямых ударов молнии в защищаемое сооружение. В первую очередь частота прямых ударов молнии зависит от частоты гроз в месте расположения объекта.

Так, за полярным кругом гроз почти не бывает, а в южных районах Северного Кавказа, Краснодарского края, в полосе субтропиков или в некоторых районах Сибири и Дальнего Востока, грозы – явление частое. Для оценки грозовой активности существуют региональные карты интенсивности грозовой деятельности, на которых указана средняя продолжительность гроз в часах за год. Конечно, карты эти далеки от совершенства. Тем не менее, для ориентировочных оценок они годятся. Например, для средней части России речь может идти о 30–60 грозовых часов в год, что эквивалентно 2–4 ударам молнии в год на 1 км 2 земной поверхности.

Удельная плотность грозовых разрядов

Среднегодовое число ударов молнии на 1 км 2 поверхности земли или удельная плотность грозовых разрядов (n M ) определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта. Если же она неизвестна, то ее можно рассчитать по следующей формуле:

n M = 6,7*Td /100 (1/км 2 год)

где Td – среднегодовая продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам грозовой деятельности.

Оценка частоты ударов молнии через радиус стягивания

Определив удельную плотность грозовых разрядов, проектировщику нужно оценить, какая доля этих молний попадет в защищаемый объект.
Оценку можно произвести при помощи радиуса стягивания (Rст). Опыт показывает, что объект высотой h в среднем притягивает к себе все молнии с расстояния вплоть до: Rст ≈ 3h .

Это и есть радиус стягивания. В плане надо провести линию, которая отстоит от внешнего периметра объекта на расстояние Rст. Линия ограничит площадь стягивания (Sст). Ее можно вычислить любыми доступными методами (хоть по клеточкам на миллиметровке).

Такая оценка пригодна и для объектов сложной формы, отдельные фрагменты которых имеют принципиально различную высоту. Около каждого из фрагментов, исходя из их конкретной высоты, строится кривая, ограничивающая собственную площадь стягивания. Естественно, что частично они наложатся друг на друга. Во внимание должна быть принята только площадь, ограниченная внешней огибающей, как это показано на рис. 1. Эта площадь и определит ожидаемое число ударов молнии.
Рис.1

Число прямых ударов молнии в защищаемый объект определяется просто: выраженное в квадратных километрах значение площади стягивания умножается на удельную плотность грозовых разрядов:

N M = n M *Sст .

Практические выводы

Из этой методики следуют несколько очевидных выводов.
Во-первых, число ударов молнии в одиночный сосредоточенный объект типа башни или опоры, у которого высота много больше других габаритных размеров, окажется пропорциональным квадрату его высоты (Sст=π(3h) 2 ), а у протяженных объектов (например, у линии электропередачи) – пропорциональным высоте в первой степени. Другие по конфигурации объекты занимают промежуточное положение.

Во-вторых, при скоплении многих объектов на ограниченной территории, когда их площади стягивания частично накладываются друг на друга (городская застройка), число ударов молнии в каждый из объектов будет заметно меньше, чем в тот же объект на открытой местности.
В условиях же плотной застройки, когда свободное пространство между объектами значительно меньше их высоты, то каждый из объектов практически будет собирать молнии только с площади своей крыши, а его высота перестанет играть хоть сколько-нибудь заметную роль. Всё это убедительно подтверждается опытом эксплуатации.

Степень опасности молнии

При оценке степени опасности молнии есть один нюанс, который лучше пояснить на примере. Предположим, оценивается число ударов в антенную мачту высотой 30 м. С хорошей точностью можно считать, что ее площадь стягивания представляет собой круг радиусом Rст ≈ 3h = 90 м и равна Sст = 3,14*(90) 2 ≈25 000 м 2 = 0,025 км 2 .

Если в месте размещения мачты удельная плотность разрядов молнии n M = 2, то мачта ежегодно в среднем должна принимать на себя Nм = 0,025 х 2 = 0,05 удара молнии. Это означает, что в среднем 1 удар молнии будет происходить через каждые 1/Nм = 20 лет эксплуатации. Естественно, нельзя знать, когда это случится на самом деле: с равной вероятностью это может произойти в любое время, как в первый год, так и на двадцатый год эксплуатации.

Если оценивать степень опасности молнии для конкретной антенной мачты с позиций владельцев мобильных телефонов, то можно, наверное, мириться с перерывом в связи, который может произойти один раз за 20 лет эксплуатации. У самой же телефонной компании подход может быть принципиально иным. Если она эксплуатирует не одну, а 100 антенных систем, то вряд ли компанию устроит перспектива ежегодного ремонта в среднем 100/20 = 5 антенных блоков.

Нужно также сказать о том, что оценка частоты прямых ударов молнии сама по себе мало о чем говорит. На самом деле важна не частота ударов молний, а оценка вероятности возможных разрушительных последствий от них, позволяющая определить целесообразность тех или иных мер защиты от молнии. Об этом читайте также статьи блога:

Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией в год производится по формулам:

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

для зданий и сооружений прямоугольной формы

где h - наибольшая высота здания или сооружения, м; S, L - соответственно ширина и длина здания или сооружения, м; n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км земной поверхности (удельная плотность, ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.

Для зданий и сооружений сложной конфигурации в качестве S и L рассматриваются ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане.

Для произвольного пункта на территории СССР удельная плотность ударов молнии в землю n определяется исходя из среднегодовой продолжительности гроз в часах следующим образом:

0 " style="margin-left:2.0pt;border-collapse:collapse;border:none">

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ЗОНЫ ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ

1. Одиночный стержневой молниеотвод.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. П3.1), вершина которого находится на высоте h0

1.1. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h£150 м имеют следующие габаритные размеры.

Зона A: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 - 0,002h)(h - hx/0,85).

Зона Б: h0 = 0,92h;

rx =1,5(h - hx/0,92).

Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h и может быть определена по формуле

h = (rx + 1,63hx)/1,5.

Рис. П3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

I - граница зоны защиты на уровне hx, 2 - то же на уровне земли

1.2. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высоток 150 < h < 600 м имеют следующие габаритные размеры.

2. Двойной стержневой молниеотвод.

2.1. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой h£150 м представлена на рис. П3.2. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых h0, r0, rx1, rx2 определяются по формулам п. 1.1 настоящего приложения для обоих типов зон защиты.

Рис. П3.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода:

1 - граница зоны защиты на уровне hx1; 2 - то же на уровне hx2,

3 -то же на уровне земли

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры.

;

при 2h < L £ 4h

;

При расстоянии между стержневыми молниеотводами L >

при h < L £ 6h

;

При расстоянии между стрежневыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

При известных значениях hc и L (при rcx = 0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле

h = (hc + 0,14L) / l,06.

2.2. Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты h1, и h2 £ 150 м приведена на рис. П размеры торцевых областей зон защиты h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 определяются по формулам п. 1.1, как для зон защиты обоих типов одиночного стержневого молниеотвода. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам:

;

где значения hc1 и hc2 вычисляются по формулам для hc п. 2.1 настоящего приложения.

Для двух молниеотводов разной высоты построение зоны А двойного стержневого молниеотвода выполняется при L £ 4hmin, а зоны Б - при L £ 6hmin. При соответствующих больших расстояниях между молниеотводами они рассматриваются как одиночные.

Рис. П3.3 Зона зашиты двух стержневых молниеотводов разной высоты. Обозначения те же, что и на рис. П3.1

3. Многократный стержневой молниеотвод.

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода (рис. П3.4) определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h £ 150 м (см. пп. 2.1, 2.2 настоящего приложения).

Рис. П3.4. Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1

Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой hx с надежностью, соответствующей надежности зоны А и зоны Б, является выполнение неравенства rcx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. В противном случае построение зон защиты должно быть выполнено для одиночных или двойных стержневых молниеотводов в зависимости от выполнения условий п. 2 настоящего приложения.

4. Одиночный тросовый молниеотвод.

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h£150 м приведена на рис. П3.5, где h - высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм2 при известной высоте опор hоп и длине пролета а высота троса (в метрах) определяется:

h = hоп - 2 при а < 120 м;

h = hоп - 3 при 120 < а < 150м.

Рис. П3.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1

Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода имеют следующие габаритные размеры.

Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях hx и rx определяется по формуле

5. Двойной тросовый молниеотвод.

5.1. Зона защиты двойного тросового молниеотвода высотой h£150 м приведена на рис. П3.6. Размеры r0, h0, rx для зон защиты А и Б определяются по соответствующим формулам п. 4 настоящего приложения. Остальные размеры зон определяются следующим образом.

Рис. ПЗ.6. Зона защиты двойного тросового молниеотвода. Обозначения те же, 410 и на рис. П3.2

при h < L £ 2h

;

при 2h < L £ 4h

;

При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

при h < L £ 6h

;

При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные. При известных значениях hc и L (при rcx = 0) высота тросового молниеотвода для зоны Б определяется по формуле

h = (hc + 0,12L)/1,06.

Рис. П3.7. Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты

5.2. Зона защиты двух тросов разной высоты h1 и h2 приведена на рис. П3.7. Значения r01, r02, h01, h02, rx1, rx2 определяются по формулам п. 4 настоящего приложения как для одиночного тросового молниеотвода. Для определения размеров rc и hс используются формулы:

;

где hc1 и hc2 вычисляются по формулам для hc П.5.1 настоящего приложения.

(РД34.21.122-87)

Настоящее пособие ставит задачей пояснить и конкретизировать основные положения РД 3421.122-87, а также ознакомить специалистов, занятых разработкой и проектированием молниезащиты различных объектов, с существующими представлениями о развитии молнии и ее параметрах, определяющих опасные воздействия на человека и материальные ценности. Приводятся примеры исполнения молниезащиты зданий и сооружений различных категорий в соответствии с требованиями РД 34.21.122-87.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗРЯДАХ МОЛНИИ И ИХ ПАРАМЕТРАХ

Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением.

Разряд молнии начинается с развития лидера - слабо светящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера - от облака вниз или от наземного сооружения вверх - молнии разделяются на нисходящие и восходящие. Данные о нисходящих молниях накапливались продолжительное время в нескольких регионах земного шара. Сведения о восходящих молниях появились лишь в последние десятилетия, когда начались систематические наблюдения за грозопоражаемостью очень высоких сооружений, например Останкинской телевизионной башни.

Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов в грозовом облаке, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последнего поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.

Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается. Сам факт появления и устойчивого развития восходящего лидера определяет место поражения. На равнинной местности восходящие молнии поражают объекты высотой более 150 м, а в горных районах возбуждаются с остроконечных элементов рельефа и сооружении меньшей высоты и потому наблюдаются чаще.

Рассмотрим сначала процесс развития и параметры нисходящей молнии. После установления сквозного лидерного канала следует главная стадия разряда - быстрая нейтрализация зарядов лидера, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений, варьирующихся от единиц до сотен килоампер. При этом происходит интенсивный разогрев канала (до десятков тысяч кельвин) и его ударное расширение, воспринимаемое на слух как раскат грома. Ток главной стадии состоит из одного или нескольких последовательных импульсов, наложенных на непрерывную составляющую. Большинство импульсов тока имеет отрицательную полярность. Первый импульс при общей длительности в несколько сотен микросекунд имеет длину фронта от 3 до 20 мкс; пиковое значение тока (амплитуда) варьируется в широких пределах: в 50% случаев (средний ток) превышает 30, а в 1-2% случаев 100 кА. Примерно в 70% нисходящих отрицательных молний за первым импульсом наблюдаются последующие с меньшими амплитудами и длиной фронта: средние значения соответственно 12 кА и 0,6 мкс. При этом крутизна (скорость нарастания) тока на фронте последующих импульсов выше, чем для первого импульса.

Ток непрерывной составляющей нисходящей молнии варьируется от единиц до сотен ампер и существует на протяжении всей вспышки, продолжающейся в среднем 0,2 с, а в редких случаях 1-1,5 с.

Заряд, переносимый в течение всей вспышки молнии, колеблется от единиц до сотен кулон, из которых на долю отдельных импульсов приходится 5-15, а на непрерывную составляющую 10-20 Кл.

Нисходящие молнии с положительными импульсами тока наблюдаются примерно в 10% случаев. Часть из них имеет форму, аналогичную форме отрицательных импульсов. Кроме того, зарегистрированы положительные импульсы с существенно большими параметрами: длительностью около 1000 мкс, длиной фронта около 100 мкс и переносимым зарядом в среднем 35 Кл. Для них характерны вариации амплитуд тока в очень широких пределах: при среднем токе 35 кА в 1-2% случаев возможно появление амплитуд свыше 500 кА.

Накопленные фактические данные о параметрах нисходящих молний не позволяют судить об их различиях в разных географических регионах. Поэтому для всей территории СССР их вероятностные характеристики приняты одинаковыми.

Восходящая молния развивается следующим образом. После того как восходящий лидер достиг грозового облака, начинается процесс разряда, сопровождающийся примерно в 80% случаев токами отрицательной полярности. Наблюдаются токи двух типов: первый - непрерывный безымпульсный до нескольких сотен ампер и длительностью в десятые доли секунды, переносящий заряд 2-20 Кл; второй характеризуется наложением на длительную безымпульсную составляющую коротких импульсов, амплитуда которых в среднем составляет 10-12 кА и лишь в 5 % случаев превышает 30 кА, а переносимый заряд достигает 40 Кл. Эти импульсы сходны с последующими импульсами главной стадии нисходящей отрицательной молнии.

В горной местности восходящие молнии характеризуются более длительными непрерывными токами и большими переносимыми зарядами, чем на равнине. В то же время вариации импульсных составляющих тока в горах и на равнине отличаются мало. На сегодняшний день не выявлена связь между токами восходящей молнии и высотой сооружений, с которых они возбуждаются. Поэтому параметры восходящих молний и их вариации оцениваются как одинаковые для любых географических регионов и высот объектов.

В РД 34.21.122-87 данные о параметрах токов молнии учтены в требованиях к конструкциям и размерам средств молниезащиты. Например, минимально допустимые расстояния от молниеотводов и их заземлителей до объектов I категории (пп. 2.3-2.5 *) определены из условия поражения молниеотводов нисходящими молниями с амплитудой и крутизной фронта тока в пределах соответственно 100 кА и 50 кА/мкс. Этому условию соответствует не менее 99% случаев поражения нисходящими молниями.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРОЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Об интенсивности грозовой деятельности в различных географических пунктах можно судить по данным разветвленной сети метеорологических станций о повторяемости и продолжительности гроз, регистрируемых в днях и часах за год по слышимому грому в начале и конце грозы. Однако более важной и информативной характеристикой для оценки возможного числа поражений объектов молнией является плотность ударов нисходящих молний на единицу земной поверхности.

Плотность ударов молнии в землю сильно колеблется по регионам земного шара и зависит от геологических, климатических и других факторов. При общей тенденции роста этого значения от полюсов к экватору оно, например, резко сокращается в пустынях и возрастает в регионах с интенсивными процессами испарения. Особенно велико влияние рельефа в горной местности, где грозовые фронты преимущественно распространяются по узким коридорам, поэтому в пределах небольшой площади возможны резкие колебания плотности разрядов в землю.

В целом по территории земного шара плотность ударов молнии варьируется практически от нуля в приполярных областях до 20-30 разрядов на 1 км земли за год во влажных тропических зонах. Для одного и того же региона возможны вариации от года к году, поэтому для достоверной оценки плотности разрядов в землю необходимо многолетнее усреднение.

В настоящее время ограниченное количество пунктов земного шара оборудовано счетчиками молний, и для небольших территорий возможны непосредственные оценки плотности разрядов в землю. В массовых масштабах (например, для всей территории СССР) регистрация числа ударов молнии в землю пока невыполнима из-за трудоемкости и недостатка надежной аппаратуры.

Однако для географических пунктов, в которых установлены счетчики молний и ведутся метеорологические наблюдения за грозами, обнаружена корреляционная связь между плотностью разрядов в землю и повторяемостью или продолжительностью гроз, хотя каждый из перечисленных параметров подвержен разбросу от года к году или от грозы к грозе. В РД 34.21.122-87 эта корреляционная зависимость, представленная в приложении 2, распространена на всю территорию СССР и связывает чисто ударов нисходящей молнии в 1 км2 земной поверхности с конкретной продолжительностью гроз в часах. Данные метеорологических станций о продолжительности гроз усреднены за период с 1936 по 1978 г. и в виде линий, характеризующихся постоянным числом часов с грозой в год, нанесены на географическую карту СССР (рис. 3 РД 34.21.122-87); при этом продолжительность грозы для любого пункта задается в интервале между двумя ближайшими к нему линиями. Для некоторых областей СССР на базе инструментальных исследований составлены региональные карты продолжительности гроз, эти карты также рекомендованы к использованию (см. приложение 2 РД34.21.122- 87)

Таким косвенным путем (через данные о продолжительности гроз) удается ввести районирование территории СССР по плотности ударов молнии в землю.

3. КОЛИЧЕСТВО ПОРАЖЕНИЙ МОЛНИЕЙ НАЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Согласно требованиям табл. 1 РД 34.21.122-87 для ряда объектов ожидаемое количество поражений молнией является показателем, определяющим необходимость выполнения молниезащиты и ее надежность. Поэтому нужно располагать способом оценки этого значения еще на стадии проектирования объекта. Желательно, чтобы этот способ учитывал известные характеристики грозовой деятельности и другие сведения о молнии.

При подсчете числа поражений нисходящими молниями используется следующее представление: возвышающийся объект принимает на себя разряды, которые в его отсутствие поразили бы поверхность земли определенной площади (так называемую поверхность стягивания). Эта площадь имеет форму круга для сосредоточенного объекта (вертикальной трубы или башни) и форму прямоугольника для протяженного объекта, например, воздушной линии электропередачи. Число поражений объекта равно произведению площади стягивания на плотность разрядов молнии в месте его расположения. Например, для сосредоточенного объекта

где R0 - радиус стягивания; n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности. Для протяженного объекта длиной l

Имеющаяся статистика поражений объектов разной высоты в местностях с разной продолжительностью гроз позволила ориентировочно определить связь между радиусом стягивания R0 и высотой объекта h. Несмотря на значительный разброс, в среднем можно принять R0 = 3h.

Приведенные соотношения положены в основу формул расчета ожидаемого количества поражений молнией сосредоточенных объектов и объектов с заданными габаритами в приложении 2 РД 34.21.122-87. Грозопоражаемость объектов ставится в прямую зависимость от плотности разрядов молнии в землю и соответственно от региональной продолжительности гроз в соответствии с данными приложения 2. Можно предположить, что вероятность поражения объекта растет, например с ростом амплитуды тока молнии, и зависит от других параметров разряда. Однако имеющаяся статистика поражений получена способами (фотографированием ударов молнии, регистрацией специальными счетчиками), не позволяющими выделить влияние других факторов, кроме интенсивности грозовой деятельности.

Оценим теперь по формулам приложения 2, как часто возможны поражения молнией объектов разных размеров и формы. Например, при средней продолжительности гроз 40-60 ч в год в сосредоточенный объект высотой 50 м (например, дымовую трубу) можно ожидать не более одного поражения за 3-4 года, а в здание высотой 20 м и размерами в плане 100х100 м (типичное по габаритам для многих видов производства) - не более одного поражения за 5 лет. Таким образом, при умеренных размерах зданий и сооружений (высоте в пределах 20-50 м, длине и ширине примерно 100 м) поражение молнией является редким событием. Для небольших строений (с габаритами примерно 10 м) ожидаемое количество поражений молнией редко превышает 0,02 за год, а это значит, что за весь срок их службы может произойти не более одного удара молнии. По этой причине согласно РД 34.21.122-87 для некоторых небольших строений (даже при низкой огнестойкости) выполнение молниезащиты вообще не предусматривается или существенно упрощается.

Для сосредоточенных объектов число поражений нисходящими молниями растет в квадратичной зависимости от высоты и в районах с умеренной продолжительностью гроз при высоте объектов около 150 м составляет один-два удара за год. С сосредоточенных объектов большей высоты возбуждаются восходящие молнии, количество которых также пропорционально квадрату высоты. Такое представление о поражаемости высоких объектов подтверждают наблюдения, проводимые на Останкинской телевизионной башне высотой 540 м: ежегодно в нее происходит около 30 ударов молнии и более 90% из них приходится на восходящие разряды, число поражений нисходящими молниями сохраняется на уровне одного-двух в год. Таким образом, для сосредоточенных объектов высотой более 150 м количество поражений нисходящими молниями мало зависит от высоты.

4. ОПАСНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЛНИИ

В перечне основных терминов (приложение 1 РД 34.21.122-87) перечислены возможные виды воздействия молнии на различные наземные объекты. В настоящем параграфе сведения об опасных воздействиях молнии изложены более подробно.

Воздействия молнии принято подразделять на две основные группы:

первичные, вызванные прямым ударом молнии, и вторичные, индуцированные близкими ее разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуникациями. Опасность прямого удара и вторичных воздействий молнии для зданий и сооружений и находящихся в них людей или животных определяется, с одной стороны, параметрами разряда молнии, а с другой - технологическими и конструктивными характеристиками объекта (наличием взрыво - или пожароопасных зон, огнестойкостью строительных конструкций, видом вводимых коммуникаций, их расположением внутри объекта и т. д.). Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект: электрические, связанные с поражением людей или животных электрическим током и появлением перенапряжении на пораженных элементах. Перенапряжение пропорционально амплитуде и крутизне тока молнии, индуктивности конструкций и сопротивлению заземлителей, по которым ток молнии отводится в землю. Даже при выполнении молниезащиты прямые удары молния с большими токами и крутизной могут привести к перенапряжениям в несколько мегавольт. При отсутствии молниезащиты пути растекания тока молнии неконтролируемы и ее удар может создать опасность поражения током, опасные напряжения шага и прикосновения, перекрытия на другие объекты;

термические, связанные с резким выделением теплоты при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии. Выделяемая в канале молнии энергия определяется переносимым зарядом, длительностью вспышки и амплитудой тока молнии; и 95% случаев разрядов молнии эта энергия (в расчете на сопротивление 1 Ом) превышает 5,5 Дж, она на два-три порядка превышает минимальную энергию воспламенения большинства газо-, паро - и пылевоздушных смесей, используемых в промышленности. Следовательно, в таких средах контакт с каналом молнии всегда создает опасность воспламенения (а в некоторых случаях взрыва), то же относится к случаям проплавления каналом молнии корпусов взрывоопасных наружных установок. При протекании тока молнии по тонким проводникам создается опасность их расплавления и разрыва;

механические, обусловленные ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии. Это воздействие может быть причиной, например, сплющивания тонких металлических трубок. Контакт с каналом молнии может вызвать резкое паро - или газообразование в некоторых материалах с последующим механическим разрушением, например, расщеплением древесины или образованием трещин в бетоне.

Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнитного ноля близких разрядов. Обычно это поле рассматривают в виде двух составляющих: первая обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии, вторая - изменением тока молнии во времени. Эти составляющие иногда называют электростатической и электромагнитной индукцией.

Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения, возникающего на металлических конструкциях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления заземлителя. При отсутствии надлежащего заземлителя перенапряжение может достигать сотен киловольт и создавать опасность поражения людей и перекрытий между разными частями объекта.

Электромагнитная индукция связана с образованием в металлических контурах ЭДС, пропорциональной крутизне тока молнии и площади, охватываемой контуром. Протяженные коммуникации в современных производственных зданиях могут образовывать охватывающие большую площадь контуры, в которых возможно наведение ЭДС в несколько десятков киловольт. В местах сближения протяженных металлических конструкций, в разрывах незамкнутых контуров создается опасность перекрытий и искрений с возможным рассеянием энергии около десятых долей джоуля.

Еще одним видом опасного воздействия молнии является занос высокого потенциала по вводимым в объект коммуникациям (проводам воздушных линий электропередачи, кабелям, трубопроводам). Он представляет собой перенапряжение, возникающее на коммуникации при прямых и близких ударах молнии и распространяющееся в виде набегающей на объект волны. Опасность создается за счет возможных перекрытий с коммуникации на заземленные части объекта. Подземные коммуникации также представляют опасность, так как могут принять на себя часть растекающихся в земле токов молнии и занести их в объект.

5. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАЩИЩАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ

Тяжесть последствий удара молнии зависит прежде всего от взрыво - или пожароопасности здания или сооружения при термических воздействиях молнии, а также искрениях и перекрытиях, вызванных другими видами воздействий. Например в производствах, постоянно связанных с открытым огнем, процессами горения, применением несгораемых материалов и конструкции, протекание тока молнии не представляет большой опасности. Напротив, наличие внутри объекта взрывоопасной среды создаст угрозу разрушений, человеческих жертв, больших материальных ущербов.

При таком разнообразии технологических условий предъявлять одинаковые требования к молниезащите всех объектов означало бы или вкладывать в ее выполните чрезмерные запасы, или мириться с неизбежностью значительных ущербов, вызванных молнией. Поэтому в РД 34.21.122-87 принят дифференцированный подход к выполнению молниезащиты различных объектов, в связи с чем в табл. 1 этой Инструкции здания и сооружения разделены на три категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией.

К I категории отнесены производственные помещения, в которых в нормальных технологических режимах могут находиться и образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений и жертв не только для данного объекта, но и для близрасположенных.

Во II категорию попадают производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы. Для этих объектов удар молнии создает опасность взрыва только при совпадении с технологической аварией или срабатыванием дыхательных или аварийных клапанов на наружных установках. Благодаря умеренной продолжительности гроз на территории СССР вероятность совпадения этих событий достаточно мала.

К III категории отнесены объекты, последствия поражения которых связаны с меньшим материальным ущербом, чем при взрывоопасной среде. Сюда входят здания и сооружения с пожароопасными помещениями или строительными конструкциями низкой огнестойкости, причем для них требования к молниезащите ужесточаются с увеличением вероятности поражения объекта (ожидаемого количества поражений молнией). Кроме того, к III категории отнесены объекты, поражение которых представляет опасность электрического воздействия на людей и животных: большие общественные здания , животноводческие строения, высокие сооружения типа труб, башен, монументов. Наконец, к III категории отнесены мелкие строения в сельской местности, где чаще всего используются сгораемые конструкции. Согласно статистическим данным на эти объекты приходится значительная доля пожаров, вызванных грозой. Из-за небольшой стоимости этих строений их молниезащита выполняется упрощенными способами, не требующими значительных материальных затрат (п. 2.30).