Таблица 3.6
Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода
|
Надежность защиты Рз |
Высота молниеотвода h, м |
Lmax, м |
L0, м |
|
0,9 |
От 0 до 30 |
5,75h |
2,5h |
|
От 30 до 100 |
[5,75-3,57×10-3(h-30)]h |
2,5h |
|
|
От 100 до 150 |
5,5h |
2,5h |
|
|
0,99 |
От 0 до 30 |
4,75h |
2,25h |
|
От 30 до 100 |
[4,75-3,57×10-3(h-30)]h |
[2,25-0,01007 (h-30)]h |
|
|
От 100 до 150 |
4,5h |
1,5h |
|
|
0,999 |
От 0 до 30 |
4,25h |
2,25h |
|
От 30 до 100 |
[4,25-3,57×10-3(h-30)]h |
[2,25-0,01007 (h-30)]h |
|
|
От 100 до 150 |
4,0h |
1,5h |
3.3.2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода
Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между тросами L не превышает предельной величины Lmax. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.
Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) представлена на рис. 3.4. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h0, r0) производится по формулам табл. 3.5 для одиночных тросовых молниеотводов.
Рис. 3.4. Зона защиты двойного тросового молниеотвода
Размеры внутренних областей определяются параметрами h0 и hc, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между тросами. При расстоянии между тросами L £ Lc граница зоны не имеет провеса (hc = h0). Для расстояний Lc £ L ³ Lmax высота hc определяется по выражению
(3.7)
Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.7, пригодным для тросов с высотой подвеса до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.
Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте hx определяется по формулам:
lx = L/2 при hc ³ hx;
при 0 < hc < hx.
Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше Lmax, вычисленного по формулам табл. 3.6. В противном случае опоры должны рассматриваться как одиночные стержневые молниеотводы.
Когда тросы непараллельны или разновысоки, либо их высота изменяется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Также рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, чтобы избежать излишних запасов по надежности защиты.
Таблица 3.7
Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода
|
Надежность защиты Рз |
Высота молниеотвода h, м |
Lmax, м |
Lc, м |
|
0,9 |
от 0 до 150 |
6,0h |
3,0h |
|
0,99 |
от 0 до 30 |
5,0h |
2,5h |
|
от 30 до 100 |
5,0h |
[2,5-7,14×10-3(h-30)]h |
|
|
от 100 до 150 |
[5,0-5×10-3(h-100)]h |
[2,0-5×10-3(h-100)]h |
|
|
0,999 |
от 0 до 30 |
4,75h |
2,25h |
|
от 30 до 100 |
[4,75-3,57×10-3(h-30)]h |
[2,25-3,57×10-3(h-30)]h |
|
|
от 100 до 150 |
[4,5-5×10-3(h-100)]h |
[2,0-5×10-3(h-100)]h |
3.3.2.5 Зоны защиты замкнутого тросового молниеотвода
Расчетные формулы п. 3.3.2.5 могут использоваться для определения высоты подвеса замкнутого тросового молниеотвода, предназначенного для защиты с требуемой надежностью объектов высотой h0 < 30 м, размещенных на прямоугольной площадке площадью S0 во внутреннем объеме зоны при минимальном горизонтальном смещении между молниеотводом и объектом, равном D (рис. 3.5). Под высотой подвеса троса подразумевается минимальное расстояние от троса до поверхности земли с учетом возможных провесов в летний сезон.
Рис. 3.5. Зона защиты замкнутого тросового молниеотвода
Для расчета h используется выражение:
h = A + Bh0, (3.9)
в котором константы А и В определяются в зависимости от уровня надежности защиты по следующим формулам:
а) надежность защиты Рз = 0,99
А = -0,14 + 0,252(D - 5) +
[0,127 + 6,4 × 10-4(D - 5)]
; (3.10)
B = 1,05 - 9,08×10-3(D - 5) + [-3,44×10-3 + 5,87×10-5(D - 5)]; (3.11)
б) надежность защиты Рз = 0,999
A = -0,08 + 0,324 (D - 5) + [0,161 + 2,41×10-4 (D - 5)]; (3.12)
B = 1,1 - 0,0115 (D - 5) + [-4,24×10-3 + 1,25×10-4(D - 5)]. (3.13)
Расчетные соотношения справедливы, когда D > 5 м. Работа с меньшими горизонтальными смещениями троса нецелесообразна из-за высокой вероятности обратных перекрытий молнии с троса на защищаемый объект. По экономическим соображениям замкнутые тросовые молниеотводы не рекомендуются, когда требуемая надежность защиты меньше 0,99.
Если высота объекта превышает 30 м, высота замкнутого тросового молниеотвода определяется с помощью программного обеспечения. Также следует поступать для замкнутого контура сложной формы.
После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомендуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов.
3.3.3. Определение зон защиты по рекомендациям МЭК
Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м, изложенные в стандарте МЭК (IEC 1024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных методов в следующих случаях:
метод защитного угла используется для простых по форме сооружений или для маленьких частей больших сооружений;
метод фиктивной сферы подходит для сооружений сложной формы;
применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей.
В табл. 3.8 для уровней защиты I - IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.
Таблица 3.8
Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК
|
Уровень защиты |
Радиус фиктивной сферы R, м |
Угол a, °, при вершине молниеотвода для зданий различной высоты h, м |
Шаг ячейки сетки, м |
|||
|
20 |
30 |
45 |
60 |
|||
|
I |
20 |
25 |
* |
* |
* |
5 |
|
II |
30 |
35 |
25 |
* |
* |
10 |
|
III |
45 |
45 |
35 |
25 |
* |
10 |
|
IV |
60 |
55 |
45 |
35 |
25 |
20 |
________________
* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.
Стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты, образованной под углом a к вертикали. Защитный угол выбирается по табл. 3.8, причем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена.
Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в табл. 3.8 для соответствующего уровня защиты.
Метод фиктивной сферы используется, чтобы определить зону защиты для части или областей сооружения, когда согласно табл. 3.4 исключено определение зоны защиты по защитному углу. Объект считается защищенным, если фиктивная сфера, касаясь поверхности молниеотвода и плоскости, на которой тот установлен, не имеет общих точек с защищаемым объектом.
Сетка защищает поверхность, если выполнены следующие условия:
проводники сетки проходят по краю крыши, если крыша выходит за габаритные размеры здания;
проводник сетки проходит по коньку крыши, если наклон крыши превышает 1/10;
боковые поверхности сооружения на уровнях выше, чем радиус фиктивной сферы (см. табл. 3.8), защищены молниеотводами или сеткой;
размеры ячейки сетки не больше приведенных в табл. 3.8;
сетка выполнена таким способом, чтобы ток молнии имел всегда, по крайней мере, два различных пути к заземлителю; никакие металлические части не должны выступать за внешние контуры сетки.
Проводники сетки должны быть проложены, насколько это возможно, кратчайшими путями.
3.3.4. Защита электрических металлических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи
3.3.4.1. Защита вновь проектируемых кабельных линий
На вновь проектируемых и реконструируемых кабельных линиях магистральной и внутризоновых сетей1 связи защитные мероприятия следует предусматривать в обязательном порядке на тех участках, где вероятная плотность повреждений (вероятное число опасных ударов молнии) превышает допустимую, указанную в табл. 3.9.
___________________
1 Магистральные сети - сети для передачи информации на большие расстояния; внутризоновые сети - сети для передачи информации между областными и районными центрами.
Таблица 3.9
Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для
электрических кабелей связи
|
Тип кабеля |
Допустимое расчетное число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год n0 |
|
|
в горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении выше 500 Ом×м и в районах вечной мерзлоты |
в остальных районах |
|
|
Симметричные одночетверочные и однокоаксиальные |
0,2 |
0,3 |
|
Симметричные четырех- и семичетверочные |
0,1 |
0,2 |
|
Многопарные коаксиальные |
0,1 |
0,2 |
|
Кабели зоновой связи |
0,3 |
0,5 |
3.3.4.2. Защита новых линий, прокладываемых вблизи уже существующих
Если проектируемая кабельная линия прокладывается вблизи существующей кабельной магистрали и известно фактическое число повреждений последней за время эксплуатации сроком не менее 10 лет, то при проектировании защиты кабеля от ударов молнии норма на допустимую плотность повреждений должна учитывать отличие фактической и расчетной повреждаемости существующей кабельной линии.
В этом случае допустимая плотность n0 повреждений проектируемой кабельной линии находится умножением допустимой плотности из табл. 3.9 на отношение расчетной nр и фактической nф повреждаемостей существующего кабеля от ударов молнии на 100 км трассы в год:
n0 = n0 (nр/nф).
3.3.4.3. Защита существующих кабельных линий
На существующих кабельных линиях защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но принимается не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях предусматривается прокладка грозозащитных тросов в земле. Если повреждается кабельная линия, уже имеющая защиту, то после устранения повреждения производится проверка состояния средств грозозащиты и только после этого принимается решение об оборудовании дополнительной защиты в виде прокладки тросов или замены существующего кабеля на более стойкий к разрядам молнии. Работы по защите должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.
3.3.5. Защита оптических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи
3.3.5.1. Допустимое число опасных ударов молнии в оптические линии магистральной и внутризоновых сетей связи
На проектируемых оптических кабельных линиях передачи магистральной и внутризоновых сетей связи защитные мероприятия от повреждений ударами молнии предусматриваются в обязательном порядке на тех участках, где вероятное число опасных ударов молнии (вероятная плотность повреждений) в кабели превышает допустимое число, указанное в табл. 3.10.
Таблица 3.10
Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы
в год для оптических кабелей связи
|
Назначение кабеля |
В горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении свыше 500 Ом×м и в районах многолетней мерзлоты |
В остальных районах |
|
Кабели магистральной сети связи |
0,1 |
0,2 |
|
Кабели внутризоновой сети связи |
0,3 |
0,5 |
3.3.5.2. Рекомендуемые категории молниестойкости оптических кабельных линий
При проектировании оптических кабельных линий передачи предусматривается использование кабелей, имеющих категорию по молниестойкости не ниже приведенных в табл. 3.11, в зависимости от назначения кабелей и условий прокладки. В этом случае при прокладке кабелей на открытой местности защитные меры могут потребоваться крайне редко, только в районах с высоким удельным сопротивлением грунта и повышенной грозовой деятельностью.
Таблица 3.11
Рекомендуемые категории по молниестойкости оптических кабельных линий
|
Районы |
Для магистральной сети связи |
Для внутризоновых сетей связи |
|
С удельным сопротивлением грунта до 1000 Ом×м |
I-III |
I-IV |
|
С удельным сопротивлением грунта свыше 1000 Ом×м |
I, II |
I-III |
|
С многолетнемерзлым грунтом |
I |
I, II |
3.3.5.3. Защита существующих оптических кабельных линий
На существующих оптических кабельных линиях передачи защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но должна быть не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях необходимо предусматривать прокладку защитных проводов.
Работы по оборудованию защитных мер должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.
3.3.6. Защита от ударов молнии электрических и оптических кабелей связи, проложенных в населенном пункте
При прокладке кабелей в населенном пункте, кроме случая пересечения и сближения с ВЛ напряжением 110 кВ и выше, защита от ударов молнии не предусматривается.
3.3.7. Защита кабелей, проложенных вдоль опушки леса, вблизи отдельно стоящих деревьев, опор, мачт
Защита кабелей связи, проложенных вдоль опушки леса, а также вблизи объектов высотой более 6 м (отдельно стоящих деревьев, опор линий связи, линий электропередачи, мачт молниеотводов и т. п.) предусматривается, если расстояние между кабелем и объектом (или его подземной частью) менее расстояний, приведенных в табл. 3.12 для различных значений удельного сопротивления земли.