CC BY
565
Выпуск 3(16), 2015
УДК 614.8
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ анализ ТРАДИЦИОННОЙ И АКТИВНОЙ МОЛНИЕЗАЩИТЫ
Д.С. Королев, А.В. Калач
Воздействия атмосферного электричества способны вызвать пожары, взрывы, механические повреждения зданий и сооружений. Они также приводят к гибели и травмированию людей. Кроме того, возникающие при воздействиях молнии пожары и аварии могут приводить к выбросам опасных продуктов - радиоактивных и ядовитых веществ, бактерий, вирусов. Для предотвращения таких последствий, необходимо разрабатывать систему молниезащиты: традиционную и активную.
Ключевые слова: атмосферное электричество, молниезащита, традиционная, активная.
Воздействия атмосферного электричества способны вызвать пожары, взрывы, механические повреждения зданий и сооружений. Они также приводят к гибели и травмированию людей. Кроме того, возникающие при воздействиях молнии пожары и аварии могут приводить к выбросам опасных продуктов - радиоактивных и ядовитых веществ, бактерий и вирусов [1].
Согласно статистическим данным МЧС России, за последние 5 лет от грозовых разрядов возникло 4440 пожаров в зданиях и сооружениях, что составляет чуть меньше 0,5% от общего количества пожаров. Столь низкая доля пожаров по данной причине вовсе не означает низкую опасность молнии. Скорее, это показатель эффективности средств молниезащиты.
Ежегодно от проявлений атмосферного электричества возникает до 5100 лесных пожаров, охватывающих площадь от 22 до 890 тыс. га, что почти в три раза превышает площадь лесных пожаров от антропогенных источников огня.
Так, летом 2002 г. от грозового разряда возник крупный пожар, продолжавшийся несколько суток [2].
В 2003 году удар молнии стал причиной взрыва склада боеприпасов, в результате которого 5 человек погибло, многие получили травмы [3].
Мероприятия, направленные на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение его опасных последствий, а также средства защиты, предохраняющие от вторичных воздействий молнии и заноса высокого потенциала, в комплексе представляют собой молниезащиту.
Согласно ст. 50 ФЗ-№123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» устройство систем молниезащиты зданий, сооружений и оборудования является обязательным требованием.
Системы молниезащиты подразделяются на две категории: традиционную молниезащиту и с использованием активного молниеприемника.
12
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
Проведем сравнительный анализ систем молниезащиты на примере производственного предприятия ООО «Снек». Территория, занимаемая предприятием, составляет 0,5 га.
На рис. 2 представлен схематичный план предприятия. Для молниезащиты производствен-
ной компании ООО «Снек» необходимы опоры, на которых будет крепиться молниеприемник.
Высота опоры зависит от защищаемых объектов. Самой высокой точкой на предприятии является производственный цех, высота которого достигает 10 м.
Расчет активной системы молниезащиты
[4]. Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта. Если же плотность ударов молнии в землю Ng неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле:
Ng = (1)
g 1 о о ’
где Tg - средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности. Для Воронежского региона Tg составляет 4 (40-60 ч.), следовательно:
Ng = — = 0,268 (2)
g
Получаем 1 удар на 1 км2 в год.
Площадь защищаемой зоны Rp молниеотвода PREVECTRON рассчитывается согласно формуле: Rp=Jhx(2 D - hx) + Д L(2 D + ДL) (3)
где Rp - радиус защиты молниеприемника на определенной высоте, м;
hx - наибольшая высота защищаемого сооружения, м;
D - дистанция удара равна 20,30,45 или 60, в зависимости от требуемого уровня защиты;
AL - инициация верхнего лидера, м Для молниеприемника, величину можно определить по формуле:
Д L = V ■ ДТ (4)
где V-скорость инициации верхнего лидера,
м/мкс;
АТ - время инициации, мкс.
13
Выпуск 3(16), 2015
Согласно техническим данным время инициации для PREVECTRON S 6.60 составляет 60 мкс, а скорость инициации верхнего лидера 1м/мкс, то величина инициации верхнего лидера составляет AL = 60 м.
Следовательно, защитный радиус равен:
Rp=J 1 2,7 5 ■ (2-45 - 12,75) + 60 ■ (2-45 + 60) = f5-.
=68,3 м ( )
Таким образом, при высоте опоры с закрепленным на ней активным молниепримеником 12,75 м, защитный радиус составляет 68,3 м.
Расчет традиционной системы молниезащиты [5]. Ожидаемое количество поражений молнии в год равно:
N = [(5 + 6hx)(L + 6hx) - 7.7h2x]n ■ 1(Г6 =
= ( (70 + 6-12,75) (70 + 6-12,75)- (6)
-7.7-1625 410- 6=0,08,
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 км2 земной поверхности (удельная плотность, ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.
Для Воронежской области удельная плот-
1
ность ударов молнии в землю п = 4 —-—. Так как
км z год
N=0,006<1, то должна быть обеспечена зоной защиты Б.
В качестве молниезащиты можно использовать одиночный стержневой молниеотвод. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус, вершина которого находится на высоте h0. На
уровне земли зона защиты образует круг радиусом r0. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hx представляет собой круг радиусом rx.
Зона Б: h0 = 0,92h; r0 = 1,5-h;
Определяем радиус зоны защиты: r0 = 1,5-h;
r0=1,5-12,75=19,12
Таким образом, при высоте опоры с закрепленным на ней активным молниепримеником 12,75 м радиус зоны защиты традиционной стержневой молниезащиты составляет 19,12 м.
Рассчитаем необходимую высоту установки молниеотвода и соответствующий радиус зоны защиты, при которых будет обеспечиваться надежная защита производственного объекта.
Определяем диагональ здания:
rx
_V(70)2+V(70)
2
м;
rx =1,5(h - hx/0,92) - решая уравнение, определим высоту молниеотвода:
49,4=1,5-(h-12,75\0,92); m
49,4=1,5h-13,8; (/)
h=46,7 м
Рассчитаем радиус зоны защиты: r0 = 1,5-h;
r0=1,5-46,7=70,1 м
При выбранной высоте молниеотвода защита будет полностью обеспечена.
В табл. представлены расчетные значения основных параметров системы активной и пассивной молниезащиты.
Таблица. Основные расчетные значения параметров молниезащиты
Пассивный штырьевой молниеприемник Активный молниеприемник PREVECTRON S6.60
Тип молниезащиты Расчетное при Расчетное
одинаковой высоте опоры требуемое
Уровень молниезащиты i I III
Высота молниеприемника 12.75 46.7 12.75
Дистанция удара, D - - 45
Инициация верхнего лидера, dL - - 60
Радиус зоны защиты 19.12 70.1 68.3
Из табл. видно, что радиус пассивного молниеприемника во много меньше радиуса активного. В случае пассивной молниезащиты производственного предприятия необходимо предусмотреть более высокие опоры, например ПМС - 35, плюс высота наибольшего помещения и высота молниеприемника 2,5м, что в итоге будет составлять 47,5м. Можно использовать несколько одиночных стержневых молниеотводов меньшей высоты, но и стоимость такой системы увеличится вдвое.
В ходе сравнительного анализа активной и пассивной молниезащиты, было отдано предпочтение в сторону первой. Это связано, в первую очередь, с наименьшими финансовыми затратами, по отношению к пассивной молниезащите, а также связано с простотой монтажа.
Стоит отметить, что активная молниезащита производственного предприятия обеспечивает 99% защиты от разрядов атмосферного электричества, в отличии от пассивной 5%.
14
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
Библиографический список
1. Тростянский С.Н., Зенин Ю.Н., Скрыль С.В., Калач А.В. Математическое моделирование риска возникновения пожаров на хозяйственных объектах / С.Н. Тростянский, Ю.Н. Зенин, С.В. Скрыль, А.В. Калач // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2013. - №4. - С.28-33.
2. Пожары и пожарная безопасность в 2014 году: статистический сборник / Под общей редакцией В.И. Климкина. - М.: ВНИИПО, 2014, - 137 с.
3. Корови Г.Н., Зукерт З.В. Влияние климатических изменений на лесные пожары в России [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://kovdoravia.narod.ru/vlijanie_klimata.html
4. Расчет активной системы молниезащиты [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://artterm-
m.ru/index.php/molniazashita/aktivnajamolniezashita . -Активная молниезащита. - (13.10.15г.)
5. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений: РД 34.21.122 - 87. - М .:
ГНИЭИ, 1995.
References
1. Trostjanskij S.N., Zenin Ju.N., Skryl’ S.V.,
Kalach A. V. Matematicheskoe modelirovanie riska vozniknovenija pozharov na hozjajstvennyh obektah / S.N. Trostjanskij, Ju.N. Zenin, S.V. Skryl', A.V. Kalach // Pozhary i chrezvychajnye situacii: predotvrashhenie, likvidacija. - 2013. - №4. - S.28-33.
2. Pozhary i pozharnaja bezopasnost’ v 2014 godu: statisticheskij sbornik / Pod obshhej redakciej V.I. Klimkina. - M.: VNIIPO, 2014, - 137 s.
3. Korovi G.N., Zukert Z.V. Vlijanie klimaticheskih izmenenij na lesnye pozhary v Rossii [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa http://kovdoravia.narod.ru/vlijanie_klimata.html
4. Raschet aktivnoj sistemy molniezashhity [Jelektronnyj resurs].- Rezhim dostupa http://artterm-m.ru/index.php/molniazashita/aktivnajamolniezashita . -Aktivnaja molniezashhita. - (13.10.15g.)
5. Instrukcija po ustrojstvu molniezashhity zdanij isooruzhenij: RD 34.21.122 - 87. - M .: GNIJeI, 1995.
COMPARATIVE ANALYSIS OF TRADITIONAL AND ACTIVE LIGHTNING PROTECTION
Influences of atmospheric electricity are capable to cause the fires, explosions, mechanical damages of buildings and constructions. They also lead to death and traumatizing people.
Besides, the fires and accidents arising at influences of a lightning can lead to emissions of dangerous products - radioactive and toxic agents, bacteria, viruses. For prevention of such consequences, it is necessary to develop system of lightning protection: traditional and active.
Keywords: atmospheric electricity, lightning protection, traditional, active.
Королев Денис Сергеевич,
преподаватель,
Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России,
Россия, г. Воронеж, e-mail: [email protected].
Korolev D. S.,
Lecturer,
Voronezh Institute of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia;
Russia, Voronezh, e-mail: [email protected]
Калач Андрей Владимирович,
д.х.н., профессор,
заместитель начальника института по научной работе,
Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России,
Россия, г. Воронеж. e-mail: A [email protected] Kalach A. V.,
D. Sc. in Chemistry, Prof.,
Voronezh Institute of State Firefighting Service of EMERCOM of Russia,
Russia, Voronezh,
e-mail: A [email protected]
© Д.С. Королев, А.В. Калач
15
