Расчет молниезащиты. 9.2.1 Анализ существующей МЗС учебного корпуса «А»

9.2.1 Анализ существующей МЗС учебного корпуса «А»

МЗС учебного корпуса «А» КубГТУ спроектирована и построена в 1977 году в соответствии с Временными указаниями по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений СН 305-65^А. Категория молниезащиты принята II.

МЗС выполнена в виде молниеприемной сетки с размерами ячейки 6х5,4 м, из стали круглой диаметром 6 мм. Сетка расположена под гидроизоляцией, узлы проварены. Токоотводы выполнены в виде стали полосовой размерами 25х4 мм, заземлители – из стали угловой размерами 50х50х5 мм, длиной 25 м.

Использование молниеприёмных сеток допускается практически всеми известными нормативными документами по молниезащите.

Сетка укладывается на кровле здания и, как правило, не выходит за ее внешние границы. Размеры ячеек сетки зависят от требуемой надежности защиты.

В национальном нормативе по молниезащите РД 34.21.122-87 сетку с шагом 6х6 м² допускается использовать для II категории защиты, а сетку с шагом 12х12 м² - для III категории. Для объектов I категории сетка недопустима, поскольку норматив РД 34.21.122-87 требует здесь обязательного применения отдельно стоящих молниеотводов.

В стандарте МЭК и в его положениях, приведенных в Инструкции 2003 года (п. 3.3.3), утверждается возможность применения сеток для всех уровней защиты. При этом максимальные размеры сетки не должны превы-

шать 5х5 м² для I уровня, 10х10 м² - для II и III уровней и 20х20 м² - для

IV уровня.

Наиболее детально применение сетки регламентировано в отечественном нормативе РД 34.21.122-87. В частности, там утверждается (п. 2.11), что сетка должна быть: уложена на кровлю сверху или под несгораемые или трудносгораемые утеплитель или гидроизоляцию.

Сетка - обычный тросовый молниеотвод. То, что тросов несколько и они пересекаются друг с другом ситуации не меняет.

Любой молниеотвод надежно защищает какую-либо поверхность на расстоянии, сопоставимом с величиной превышения вершины молниеотвода над этой поверхностью. Если сетка уложена на железобетонной плите или поверх ее гидроизоляции, она возвышается над металлической арматурой плиты примерно на 10 см. Такого же порядка должна быть и ширина защищаемой поверхности вдоль проволок сетки.

Статистическая методика расчета ожидаемого числа ударов молнии позволяет оценить эффективность молниеприёмной сетки количественно.

В расчетных примерах использовались сетки 6х6 м² и 12х12 м², рекомендованные в России. Предполагалось, что обе они размещены на высоте 30 м над уровнем земли и полностью “закрывают” плоскость кровли здания.

В первом случае его размеры в плане были равны 24х24 м², во втором – 36х36 м², - и то, и другое типично для жилищного строительства, где повсеместно применяется защита от прямых ударов молнии с помощью сетки. Высота здания варьировалась так, чтобы обеспечить различные превышения сетки над железобетонными или металлическими конструкциями кровли.

На рисунке 9.2 показано, как меняется вероятность прорыва молнии к поверхности кровли в зависимости от превышения сетки D h.

Первое следствие численного моделирования в достаточной мере прогнозируемо на основе качественных представлений об ориентировке молнии. При очень малых превышениях над проводящими элементами крыши у сетки нет преимуществ и лидер молнии не “чувствует” воздействия на себя со стороны ее электрического поля.

Рисунок 9.2 - Вероятность прорыва молнии к поверхности кровли в зависимости от превышения сетки D h

При D h < 1 м вероятность прорыва молнии к кровле мимо проволок сетки близка к 0,5. Следовательно, защитное действие сетки малозначимо в практическом отношении. Сетка, уложенная на кровельное покрытие, не всегда надежно защитит его от контакта с высокотемпературным каналом молнии. Для этой цели сетку надо поднимать над кровлей.

В разобранных примерах вероятность прорыва снижается до уровня 0,1 и обеспечивается надежность защиты 0,9 только в случае превышения сетки над кровлей примерно на 2 м, а для защиты с надежностью 0,99 более чем на 4 м.

Если же сетку предполагается использовать для защиты металлических элементов оборудования под диэлектрической крышей, то они должны располагаться ниже крыши примерно на таких же расстояниях.

Объект высотой h стягивает на себя разряды молнии, что проектируют-

ся непосредственно на его крышу, и находятся от стен на расстоянии меньшем, чем радиус стягивания R ст = 3 h (рисунок 9.3). Размер ячеек сетки повлияет на распределение вертикальных молний между проволоками сетки и поверхностью кровли. Но боковые разряды, направляющиеся к кровле здания с площади стягивания шириной по R ст с каждой стороны от стен, будут распределяться между углом крыши и крайней проволокой сетки.

Вся остальная площадь крыши, равно как и все другие ячейки сетки на это распределение почти не повлияют. Остается сравнить количество боковых и вертикальных молний, исходя из соответствующих площадей их сбор.
Рисунок 9.3 – Воздействие разрядов молнии на объект высотой h

Площадь квадратной крыши, принимающая вертикальные молнии, в примере с сеткой 6х6 м² равнялась S кр = а² = 576 м² (а – длина стены здания). Площадь стягивания за вычетом площади самого здания и скруглений на углах оценивается как S бок (6 h +a)2 –(4 - p)9 h² – a² > 34100 м².

Значит, вертикальных разрядов в кровлю будет примерно в S бок/ S кр > 60 раз меньше чем боковых. На эту часть молний повлияет частота ячеек сетки. Эффект оказывается пренебрежимо слабым.

Размер ячеек сетки становится значимым когда площадь крыши здания станет сопоставимой с остальной частью площади стягивания. Для этого высота здания должна быть много меньше его других габаритных размеров.

Расчетные данные на рисунок 9.3 подтверждают сказанное. Расчет выполнен для складского помещения 100х100 м² высотой 10 м. Использовалась сетка с европейскими размерами ячеек 10х10 и 20х20 м². Сокращение размеров ячеек сетки здесь уже заметно снижает вероятность прорыва молнии к проводящей кровле, хотя и не более чем вдвое. Главный же результат анализа эффективности сетки остается.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при малых превышениях сетка не в состоянии защитить сколько-нибудь надежно поверхность

кровли.

Время обратиться к опыту эксплуатации.

Молниеприёмные сетки очень широко применяются в нашей стране и особых неприятностей от них не наблюдалось. Причин, которые могут маскировать низкую эффективность сетки, несколько.

Во-первых, в условиях городской застройки, где массово используются сетки, фактическая частота ударов молнии заметно меньше рассчитанной по площади стягивания. Причина в том, что площади стягивания близко размещенных домов в значительной степени накладываются друг на друга.

Рисунок 9.4 – Расчетные данные вероятности прорыва молнии

в зависимости от превышения сетки

Во-вторых, удар молнии в гидроизоляционное покрытие на железобетонной плите вряд ли можно зафиксировать иначе, как по повреждению это

го покрытия. Большинство молний, прорвавшихся к крыше, остается незамеченными.

Поднятое на высоту 0,5–1,0 м металлическом ограждении выполняет функцию замкнутого тросового молниеотвода. Для зданий типовой застройки высотой около 15 м этого достаточно, чтобы дополнительно снизить вероятность прорыва молнии к крыше в 5–10 раз.

Как средство защиты от прорывов молнии к поверхности кровли с не-

сущими металлическими и железобетонными конструкциями сетку трудно признать эффективной. Когда же высота здания больше других габаритных размеров, ее правильнее считать бесполезной.

И все-таки призывать к демонтажу сеток и отказу от их использования в новых проектах было бы неосмотрительно. Проложенные над кровельным покрытием проводники сетки обеспечивают простое и удобное заземление металлических конструктивных элементов, размещаемых на крыше, а также способствуют уравниванию потенциалов. Не менее важно, что связывая между собой токоотводы, проложенные по стенам здания, проводники сетки выравнивают распределение тока молнии между токоотводами. Это обеспечивает максимальное экранирование внутреннего объема здания от воздействия магнитного поля тока молнии и способствует более благоприятному решению проблемы электромагнитной совместимости.

Из проведенного анализа вытекает необходимость реконструкции МЗС учебного корпуса «А» путем установки по периметру крыши металлического ограждения, поднятого на высоту 1,0 м и соединенного с существующей молниезащитной сеткой путем сваркой. Это ограждение будет выполнять функцию замкнутого тросового молниеотвода. Для зданий типовой застрой

ки этого достаточно, чтобы дополнительно снизить вероятность прорыва

молнии к крыше в 5–10 раз.

Дата добавления: 2015-07-20