Высота молниеотвода

Предотвратить негативные последствия грозовых разрядов позволяет эффективная и работоспособная молниезащита. Обычно система состоит из молниеприемника, токоотводов и заземления. Для грамотной разработки проекта грозозащиты и правильной его реализации специалисты используют следующие действующие российские нормативные акты:

• «Инструкция по обустройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД 34.21.122-87);
• «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (СО-153-34.21.122-2003).

Однако эти документы несовершенны и по некоторым вопросам имеют существенные противоречия. Например, они по-разному нормируют установку громоотводов и применение в качестве молниеприемника кровли из металлических листов.  Установка различных спутниковых или сотовых антенн, вентиляционного оборудования, а также мощных холодильных агрегатов и прочих сооружений на крышах жилых и офисных многоэтажных домов создает еще больше проблем и сложностей в создании системы молниезащиты. Данные документы также не применимы при планировании защиты оригинальных сооружений и абсолютно нестандартных конструкций, например, таких, как деревянная мастерская на крыше высотного здания, построенного из монолитных железобетонных конструкций. На этот случай Инструкция от 2003 года не дает четких указаний по созданию грозозащиты, а Инструкция, разработанная еще в 1987 году в СССР, предписывает организовать молниеприемную сетку с присоединенными к ней всеми выдающимися над кровлей металлическими элементами и дополнительно обустроить на неметаллических ее частях молниеприемники.

Действующие национальные нормативы допускают эксплуатацию спутниковых антенн, а также прочего металлического оборудования, монтируемого на крышах без дополнительной молниезащиты, что не совсем правильно. Это допустимо только в тех случаях, когда заводы - изготовители предусмотрели данную возможность и корпус оборудования выдерживает прямые удары молнии. При этом при их монтаже можно ограничиться установкой надежного заземления. Однако таких агрегатов единицы и проектировщики часто ломают голову, думая как правильно рассчитать высоту молниеотвода для его максимальной эффективности. Основной проблемой является определение уровня для отсчета высоты защищаемых агрегатов и молниеотвода.

Как правильно установить громоотвод: от поверхности земли или кровли?

Работоспособный молниеотвод обычно возвышается над защищаемыми сооружениями и объектами. Значение превышения ∆h в соответствии с российскими нормативными актами определяется, опираясь непосредственно на высоту молниеотвода hm. Согласно, требованиям отечественной Инструкции от 2003 года при надежности молниезащиты высоту молниеотвода определяет формула 0,99∆h = 0,2 hm. Следовательно, для зданий высотой 100 м, при определении уровня отсчета от поверхности почвы, даже для низких и мелкогабаритных объектов, расположенных на кровле, величина ∆h не может быть меньше 25 м.

Если высоту молниеотвода определять, руководствуясь тем, что поверхность кровли – это невысокое геологическое возвышение, она будет значительно меньше. Точнее, всего несколько метров. Действующие российские нормативные акты не дают разъяснения на этот случай, поэтому специалистам приходится вести расчет высоты молниеотвода от уровня грунта. Для международных нормативных актов МЭК (62305) эта ситуация легко разрешима, что наглядно представлено на графическом рисунке. Согласно нему, для строений расчет высоты молниеотвода осуществляется от поверхности грунта и представляет величину h2, которая является суммой двух высот – объекта и громоотвода, установленного на крыше. При этом высота молниеотвода h1 участвует в образовании угла α2, который определяет зону защиты (пунктирная прямая). Он, как видно, не очень большой. При определении высоты молниеотвода для агрегатов и элементов, смонтированных на крыше, высоту самого строения h не учитывают, поэтому угол α1 получается довольно большим.

Данный расчет высоты молниеотвода на здании, к сожалению, не имеет физического подтверждения. Специалисты считают возможным использовать расчет высоты грозоотвода от уровня кровли без учета высоты здания, если крыша имеет достаточно большую площадь. Для маленьких крыш с грозоотводами, которые установлены на ее карнизах, эта методика расчета не подходит. Для подлинной оценки правильности расчета необходима величина, связанная с электрическим полем атмосферы во время грозы.

Многочисленные наблюдения ученых и мировых специалистов в организации молниезащиты различных объектов позволили установить, что молниеприемник принимает разряд по плазменному каналу, который образуется ей навстречу от его крайней точки. Его назвали встречным лидером. На начальном этапе его образования наблюдается незначительная ионизация воздуха на конце громоотвода. Это явление назвали короной. Ее ток и дальнейшее развитие ситуации, напрямую зависят от геометрии заземлений (в т.ч. высоты и радиуса), применяемых на строении. Ниже на графике показано нарастание тока короны относительно времени созревания грозы.

Кривые на графике, обозначенные красным цветом, определяют нарастание тока короны грозоотводов высотой тридцать и десять метров, смонтированных на земле, а кривые функции черного цвета характеризуют ситуацию при 10 м высоте молниеотвода, находящегося на кровле 20-метрового строения цилиндрической конфигурации. При этом пик молниеотвода также находится на тридцатиметровой высоте. На поведение громоотвода влияет и радиус сооружения. При большом радиусе он работает как десятиметровый грозоотвод, а при небольшом – как 30-метровый.

Исходя из имеющейся информации нельзя сказать, что отечественные стандарты хуже международных и наоборот. При выборе методики и формул расчета высоты молниеотвода опытные специалисты все же рекомендуют использовать российские нормативные документы. Это обеспечит определенный запас надежности, что важно при проектировании защиты для жилого фонда. Для снижения высоты молниеотводов они рекомендуют устанавливать сразу несколько громоотводов или использовать тросовые замкнутые системы, которые включают и защищаемый элемент кровли.