МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА“ 

УЛАШТУВАННЯ БЛИСКАВКОЗАХИСТУ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД

 

Методичні вказівки

до практичної роботи

з курсу “Охорона праці в галузі”

для студентів інженерно-технічних спеціальностей

денної та заочної форми навчання

 

Львів -2011

Улаштування блискавкозахисту будівель і споруд. Методичні вказівкидо практичної роботи з курсу “Охорона праці в галузі” для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної та заочної форми навчання. Укл. В.П.Скачко – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка“, 2011. – 20 с.

В методичних настановах наведено порядок вибору схеми захисту будівель і споруд від прямого удару блискавки та розрахунку зони блискавкозахисту.

Призначено для студентів денної форми навчання інженерно-технічних спеціальностей.

Укладач     Скачко В.П., канд. хім. наук, ст. викладач,  

Відповідальний за випуск Кіт Ю.В. канд. хім. наук, доц. 

Рецензенти:  Левуш С.С.,  докт. техн. наук, проф.

Яцюк Р.А., канд. техн. наук, доц. 

1.Мета роботи.

Вивчення основних принципів улаштування блискавкозахисту будівель і споруд. Освоєння методики вибору схеми захисту будівель і споруд від прямого удару блискавки та розрахунку зони блискавкозахисту. 

2. Природа блискавки та її дія.

Природне явище виникнення атмосферного електричного розряду – бли­скавка, - є небезпечним для біосфери та техногенної сфери. Щогодини на Землі виникає в середньому 350-400 тис розрядів, не кожний з них досягає землі в зонах населеної біосфери, однак і те, що досягає складає значну загрозу.

Блискавка – це велетенський іскровий розряд між хмарами чи між хмарою і землею, який виникає внаслідок зростання різниці потенціалів між об’єктами. При русі грозового фронту від тертя повітря між землею і хмарами утворюється величезна різниця потенціалів. Явище чимось схоже на гігантський природний конденсатор, що накопичує енергію. Тому метеочутливим людям може стати погано перед грозою, навіть якщо вона пройшла поруч, в роботі тонких електроприладів можуть спостерігатися електричні перешкоди, а радіосигнал може не проходити крізь грозовий фронт.

Блискавки бувають лінійними, кульовими, чітковими (коли по лінії блискавки спостерігається ряд кулястих чи подовгастих тіл). Найчастіше ми спостерігаємо лінійні блискавки.

Природа виникнення блискавки наступна. В точці найбільшої концентрації потенціалу виникає іскровий розряд – лідер, який ступенево просувається в напрямі точки концентрації потенціалу протилежного знаку. Довжина ступені лідера 20-100 м, а паузи між ступенями 50-100 мікросекунд. Коли головка лідера сягає своєї «точки призначення», виникає іонізований канал розряду блискавки, який сягає в перетині 10-25 см, а довжина до декількох км. Розряд статичної електроенергії звичайно проходить по шляху найменшого електричного опору – вздовж іонізованого каналу, прокладеного “біжучим лідером”. Оскільки між найвищим предметом і купчастою хмарою відстань найменша, відповідно меншим буде і електричний опір. Отже, в першу чергу блискавка вразить високий предмет (щоглу, дерево і т.п.). В цей час відбувається миттєвий багаторазовий електричний розряд, по одному каналу може відбутися послідовно кілька розрядів (блискавка миготить), до 20 розрядів з інтервалами 0,01-0,05 с. Основний канал блискавки має кілька відгалужень довжиною 2-3 км. Діаметр каналу блискавки складає від 10 до 45 см. Блискавка уснує десяті частки секунди, її середня швидкість руху 150 км/с. Сила струму всередині каналу блискавки доходить до 200 000 Ампер.

Вплив розряду блискавки поділяють на первинний і вториний :.

Первинні прояви блискавки, зумовлені ударом є наступні:

-  Електричні  - аналогічні дії електричного струму великої сили.

-  Термічні, зумовлені різким виділенням тепла на шляху протікання струму через об’єкт. Енергія розряду дуже велика, в 95 % блискавок складає до 5,5 Дж на опір 1 ом. Це перевищує в десятки і сотні разів мінімальну енергію спалаху газо-повітряних сумішей. Температура в каналі розряду досягає 27000⁰

-  Механічні, зумовлені ударною хвилею, що йде від каналу блискавки та електродинамічними силами, зумовленими дією струмів блискавки на провідники в електричному полі. Удар блискавки може утворювати отвори в бетонних, камяних, деревяних плитах.

Вторинні прояви блискавки зумовлюються явищами, які характерні для дії поля високої напруги на замкнуті контури провідників – явищами електромагнітної та електростатичної індукції.

Електромагнітний імпульс блискавки (ЕМІБ) - електромагнітні ефекти від струму блискавки, які супроводжуються як перехідними хвильовими процесами так і ефектами випромінюючого електромагнітного поля.

Таким чином, зрозуміло, що необхідно захищати промислові об’єкти та місця перебування людей від блискавки.

3. Основні поняття і визначення

В цій практичній роботі розглядається лише питання захисту об’єктів від первинної дії блискавки – прямого удару, як найбільш небезпечного її прояву. Принципи блискавкозахисту об’єктів та методи розрахунку зони блискавкозахисту вказуються в ДСТУ Б В.2.5-38:2008 (IEС 62305:2006, NEQ) «Інженерне обладнання будинків і споруд. Улаштування блискавкозахисту будівель і споруд». Основні поняття і визначення, наведені в цих методичних вказівках, базуються на положеннях ДСТУ Б В.2.5-38:2008

Прямий удар блискавки (ПУБ) — безпосередній контакт каналу блискавки з об’єктом (будівлею або спорудою), що супроводжується протіканням через нього струму блискавки

Удар блискавки в землю — електричний розряд між грозовою хмарою і землею, що складається з одного або декількох імпульсів струму.

Точка ураження — точка, в якій блискавка стикається з землею, будівельною конструкцією або блискавковідводом. Удар блискавки може мати декілька точок ураження.

Струм блискавки – струм, що стікає до точки ураження.

Блискавкозахист -  комплекс заходів по запобіганню прямого удару блискавки в об’єкт та по усуненню небезпечних наслідків прямого удару та вторинних його проявів.

Рівень блискавкозахисту (РБЗ) – число (номер), яке пов’язане із зазделегідь встановленими параметрами струму блискавки та імовірністю того, що ці взаємопов’язані максимальні і мінімальні параметри не будуть перевищувати природних параметрів струмів блискавки.

Захист від прямого удару блискавки – зовнішня система заходів, які застосовуються для скорочення матеріальних збитків, обумовлених ударами блискавки в будівельні конструкції.

Надійність захисту (Р_з) від прямого удару блискавки (ПУБ) – визначається, як Р_з=1 - Р_ПУБ, де Р_ПУБ – імовірність прямого удару блискавки в об’єкт, який захищається блискавковідводами зі стрижньовими або тросовими блискавкоприймачами.

Об’єкти, які підлягають захисту сильно різняться за своєю пожежною і ви­буховою небезпечністю. Безпосередня небезпечна дія блискавки — це пожежі, механічні пошкодження, травми та загибель людей і тварин, а також пошкодження електричного і електронного устаткування. Наслідками удару блискавки можуть бути вибухи і руйнування об’єктів з виділенням небезпечних речовин — радіоактивних і отруйних хімічних речовин, а також бактерій та вірусів.

4. Класифікація та рівень блискавкозахисту об’єктів.

Класифікація об'єктів визначається за небезпекою ударів блискавки для самого об’єкта і його оточення. Рівень цієї небезпеки визначається класи­фікацією, яка наведена в правилах улаштування електроустановок (ПУЕ). 

Необхідність виконання блискавкозахисту об’єкта від ПУБ і його РБЗ визначаються за таблицею Додатка 1 в залежності від можливо очікуваної кількості уражень об’єкта блискавкою за рік N і суспільного значення і тяжкості наслідків від дії блискавки.

Щодо блискавкозахисту об'єкти поділяються на звичайні та спеціальні.

Звичайні об'єкти (промисловіпідприємства, тваринницькі і птахівничі будівлі і споруди, житлові і адміністративні будівлі, універмаги, банки, страхові компанії, дошкільні установи, школи, лікарні, притулки для старих, музеї і археологічні пам’ятники, спортивні споруди тощо).

Спеціальні об'єкти – це об'єкти, що становлять небезпеку для безпосеред­нього оточення (нафтопереробні підприємства, заправні станції, підприємства з виробництвом і зберіганням вибухових речовин), об'єкти, що становлять небезпеку для екології (хімічні заводи, атомні електростанції, біохімічні фабрики і лабораторії), об'єкти з обмеженою небезпекою (пожежонебезпечні підприємства, електростанції, підстанції і лінії електропередавання, засоби зв’язку), будови висотою вище 60 м, об'єкти, що будуються

Головний чинник, що визначає блискавкозахист – характеристика місце­вості за грозовою діяльністю. Вона залежить від рельєфу, клімату, характери­тик грунту, рослинності і т.д. Для розрахунку блискавкозахисту треба мати дані про грозову активність у районі розміщення об’єкта. Такі дані можна отримати на метеостанціях. Дані наводяться в кількості годин грозової активності в рік (n), а від цієї активності залежить кількість уражень блискавкою 1 кв.км поверхні. Якщо дані спостережень на метеостанції відсутні, n в 1/(км²рік) може бути приблизно розраховано за формулою

n =(6,7 × Т_гр) /100,                                              [1]

де Т_гр - середня тривалість гроз у годинах, визначена за картами інтенсивності грозової діяльності (Додаток 2) або за середніми багаторічними (не менш 10 р.) даними метеостанції, найближчої до місця знаходження об’єкта.

За цими даними визначають очікувану кількість ударів блискавки за рік по об’єкту

- прямокутної форми шириною  S довжиною L  і висотою h_об  

N=[( S + 6×h_об) × ( L + 6×h_об) – 7,7×h_об²] × n×10^-6   [2]

- для зосередженого висотного об’єкту (башта, труба, вишка) висотою

N= 9π× h_об² × n× 10^-6 [3]

- для протяжного об’єкта довжиною L (лінії електропередавання, зв’язку і т.п)

N= 6 × L× h_об× n× 10^-6,          [4]

В залежності від класифікації споруди за ПУЕ та від кількості очікуваних ударів блискавкою N вибирають тип зони та рівень блискавкозахисту об’єкту (Табл. 1 Додатку).

ДСТУ Б В.2.5-38:2008 визначають чотири рівні блискавкозахисту об’єктів

І та ІІ – об’єкти , які треба захищати від прямих ударів, вторинних проявів та занесення високого потенціалу через надземні і підземні комунікації

ІІІ категорія – будинки і споруди, які треба захищати від прямого удару та занесення високого потенціалу через надземні і наземні комунікації.

Надійність захисту від прямого удару блискавки (Р_з) слід приймати:

0,99 ÷ 0,999 – для об’єктів І рівня блискавкозахисту ;

0,95 ÷ 0,99 – для об’єктів ІІ рівня блискавкозахисту ;

0,9 ÷ 0,95 – для об’єктів ІІІ рівня блискавкозахисту;

не нижче ніж 0,85 – для об’єктів ІV рівня блискавкозахисту

5. Влаштування блискавкозахисту

Система блискавкозахисту будівель або споруд включає захист від ПУБ – зовнішня блискавкозахисна система (БЗС) і захист від вторинних дій блискавки – внутрішня БЗС. В окремих випадках блискавкозахист може містити тільки зовнішню БЗС або тільки внутрішню БЗС. В загальному випадку частина струмів блискавки протікає по елементах системи внутрішнього блискавкозахисту.

Для захисту від прямого удару використовують зовнішню БЗС, основою якої є:

1. Блискавковідводи

2. Влаштування металевих заземлених сіток на відкритих предметах

Для захисту від прямого удару та вторинних проявів використовують внутрішню БЗС, яка включає:

1. Заземлення обладнання всередині споруди

2. Утворення замкнутих контурів між трубопроводами, металевими предметами,

3. Заземлення металевих комунікацій

Зовнішня БЗС може бути відокремленою (ізольованою) від споруди (блис­кавковідводи, що стоять окремо, а також сусідні споруди, що виконують функції природних блискавковідводів) або може бути встановлена на об’єкті, що захищається, і навіть може бути його частиною. Віддаленність блискавковідводів, що стоять окремо від об’єкта, що захищається, і підземних металевих комунікацій визначаються галузевими нормативними документами.

5.1. Конструктивні особливості блискавковідводів

Існує три основних види блискавкозахисту від прямого удару: стрижневий, тросовий, сітчастий. В цій роботі розглядаються переважно стрижневі блискавковідводи, інші види розглядаються в ДСТУ Б В.2.5-38:2008  та керівному документі РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений»

Блискавковідвід, — пристрій, який сприймає удар блискавки і відводить її струм в землю. Блискавковідвід, що стоїть окремо – блискавковідвід, розташований таким чином, що шлях струму блискавки не має контакту з об’єктом, який він захищає.

Блискавковідводи складаються з блискавкоприймача на опорі, струмовідводу та заземлювача.З’єднання цих окремих частин блискавковідводу слід виконувати лише зварюванням і як виключення – для ІІІ рівня захисту допускається болтове зєднання.

Опори стрижньових блискавковідводів розраховуються на вітрове навантаження як вільностоячі конструкції, а опори тросових блискавковідводів – з урахуванням натягу троса і дії на нього навантаження вітру та ожеледиці. Їх можна виконувати зі сталі будь-якої марки, залізобетону або дерева відповідно до проведених розрахунків.

Блискавкоприймач— частина блискавковідводу, призначена для перехоплення блискавок. Блискавкоприймачі можуть бути спеціально встановленими, у тому числі на об'єкті, або їх функції виконують конструктивні елементи об’єкта, що захищається; в останньому випадку вони називаються природними блискавкоприймачами.

Для звичайних об’єктів в якості природних блискавкоприймачів можуть розглядатися конструктивні елементи будівель і споруд (металеві покрівлі захищуваних об'єктів, металеві конструкції даху, металеві елементи типу водостічних труб чи прикрас, металеві огорожі по краю даху, технологічні металеві труби і резервуари) при умові, що їх переріз не менший від значень, визначених для звичайних блискавкоприймачів.

Спеціально встановлені блискавкоприймачі можуть складатися з довільної комбінації таких елементів: стрижнів, натягнутих дротів (тросів), сітчастих провідників (сіток). У разі спеціального виготовлення їх матеріал і розміри повинні задовольняти вимогам табл. 1

Таблиця 1 - Матеріал і мінімальні перерізи блискавкоприймачів

Рівень захисту	Матеріал	Переріз блискавкоприймача, мм2
I-IV	Сталь	50
I-IV	Алюміній	70
I-IV	Мідь	35

Вказані значення можуть бути збільшені в залежності від підвищеної корозії або механічних дій. Довжина блискавкоприймача має бути не меншою від 200 мм. Його захищають від корозії оцинкуванням, лудінням  і т.п.

При влаштуванні тросового захисту переріз троса складає не менше 35 мм²

Струмовідвід— частина блискавковідводу, призначена для відведення струму блискавки від блискавкоприймача до заземлювача. Виконується зі сталевого дроту круглого січення з мінімальним перерізом 50 мм² , діаметром не менше 8 мм або прямокутним профілем розміром 4 х 12 мм.

Заземлювач — провідна частина або сукупність з’єднаних між собою провідних частин, які перебувають в електричному контакті з землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище, наприклад, бетон.

Заземлювачі є підземним закінченням системи і бувають природними та штучними. В усіх випадках рекомендується застосовувати природні заземлювачі. Природні заземлювачі - металеві і залізобетонні конструкції будівель, споруд, зовнішніх установок, опор блискавковідводів, що стоять окремо, тощо, які перебувають у контакті з землею, у тому числі залізобетонні фундаменти в неагресивних, слабоагресивних і середньоагресивних середовищах за умови забезпечення неперервного електричного зв'язку по їх арматурі і приєднання її до закладних деталей за допомогою зварювання.

Штучні заземлювачі застосовуються, якщо неможливе застосування природних заземлювачів. При цьому штучний заземлювач не розраховується, а виконується зі стандартної конструкції.

Штучні заземлювачі поділяються на:

- заглиблені – зі стрічкової чи круглої сталі, укладеної на дно фундаментів по периметру

- вертикальні– загвинчені стрижні довжиною 2,5 м і діаметром 12-20 мм (мінімальний переріз 100 мм²), або кутникова сталь 40х40

- горизонтальні – з круглої чи штабової сталі перетином не менше 160 кв мм і довжиною 2-40 м, укладені на глибині 0,6-0,8 м

Для блискавковідводів, що стоять окремо, використовуються наступні штучні заземлювачі:

- для І і ІІ рівня блискавкозахисту – заземлювач, який складається з трьох і більше вертикальних електродів довжиною не менше ніж 3 м, об’єднаних горизонтальним електродом і  відстанню між ними не менше ніж 3 м;

- для ІІІ рівня блискавкозахисту – заземлювач, який складається мінімум з двох вертикальних електродів довжиною не менше ніж 3 м, об’єднаних горизонтальним електродом і відстанню між ними не менше ніж 3 м;

- для ІV рівня блискавкозахисту – заземлювач, який складається з одного вертикального або горизонтального електрода довжиною 2÷3 м, прокладеним на глибині не менше ніж 0,5 м.

У всіх випадках, за винятком використання блискавковідводу, що стоїть окремо, заземлювачі блискавкозахисту слід суміщати із заземлювачами електроустановок і засобів зв'язку . Якщо ці заземлювачі повинні бути розділені за будь-якими технологічними міркуваннями, їх слід об'єднати в загальну систему за допомогою системи вирівнювання потенціалів.

Штучний заземлювач перевіряється щорічно перед початком грозового сезону. Опір заземлювачів блискавкозахисту не повинен перевищувати результати відповідних вимірів під час приймання блискавкозахисту в експлуатацію більш ніж у 5 разів.

Розміри блискавковідводів залежать від вибраного рівня захисту об’єкта.

Зона захисту блискавковідводу – простір, усередині якого будівельна конструкція захищена від прямого удару блискавки з надійністю не нижче визначеного значення: для об’єктів І рівня блискавкозахисту 99,0 % і вище, для об’єктів ІІ рівня блискавкозахисту 95 - 99 %, для об’єктів ІІІ РБЗ - 90 - 95 % і не нижче ніж 85 % – для об’єктів ІV рівня блискавкозахисту

5.2. Розрахунок зони захисту об’єкта

Вибір типу і висоти блискавковідводів провадиться виходячи зі значень необхідної надійності Р_з. Об'єкт вважається захищеним, якщо сукупність всіх його блискавковідводів забезпечує надійність захисту не менше P_з

Якщо захист об’єкта забезпечується найпростішими блискавковідводами (одиничним чи подвійним стрижньовим, одиничним чи подвійним тросовим, замкнутим тросовим), їх розміри можна визначати, користуючись зонами захисту блискавковідводів, які відповідають заданому значенню Р_з. За інших рівних умов висоту блискавковідводів можна понизити, якщо замість стрижньових конструкцій застосовувати тросові, особливо при їх підвішуванні по зовнішньому периметру об’єкта

5.2.1. Розрахунок зони захисту одиничного стрижньового блискавковідводу

Стандартною зоною захисту одиничного стрижньового блискавковідводу висотою h є круговий конус висотою h_о < h, вершина якого співпадає з вертикальною віссю блискавковідводу. Габарити зони визначаються двома параметрами: висотою конуса h_о і радіусом конуса на рівні землі r_о  (рис 1).

 

Рис 1. Зона захисту одиничного стрижньового блискавковідводу:

а) – розміщеного на перетині діагоналей покрівлі будинку; б) розміщеного поза будівлею

З рисунку видно, що блискавковідвід, розміщений посередині будівлі, більш ефективно захищає її від ПУБ

h – висота блискавковідводу, м

h_о – максимальна висота зони захисту безпосередньо біля блискавковідводу, м

h_х – висота зони захисту об’єкта (максимальна висота будівлі), м

r_о – радіус конуса захисту на поверхні землі, м

r_х – радіус зони захисту в горизонтальному перерізі на висоті h_x

Наведені нижче розрахункові формули (табл. 2) придатні для блискавковідводів висотою до 150 м. При більш високих блискавковідводах слід користуватися спеціальною методикою розрахунку.

Таблиця 2

Надійність захисту РЗ	Рівень зони захисту	Висота блискавко­відводу h, м	Висота конуса захисту hо, м	Радіус конуса rо, м
0,9	ІІІ	від 0 до 100	0,85h	1,2h
		від 100 до 150	0,85h	[1,2–10-3(h–100)]h
0,99	ІІ	від 0 до 30	0,8h	0,8h
		від 30 до 100	0,8h	[0,8–1,43·10-3(h–30)] h
		від 100 до 150	[0,8 – 10-3(h – 100)]h	0,7h
0,999	І	від 0 до 30	0,7h	0,6h
		від 30 до 100	[0,7–7,14·10-4(h – 30)]h	[0,6–1,43·10-3 (h–30)] h
		від 100 до 150	[0,65 – 10-3(h – 100)]h	[0,5 – 2·10-3 (h – 100)]h

Для зони захисту одиничного стрижньового блискавковідводу радіус горизонтального перерізу r_х на висоті h_x  визначається формулою:

r_х =r_o (h_o- h_x)/ h_o                          [5]

Тому при розрахунку параметрів стрижньового блискавковідводу в залежності від типу зони захисту користуються наступними співвідношеннями (таблиця 3, 3а):

Таблиця 3

Параметри зони захисту об’єкта від ПУБ при висоті блискавковідводу до 30 м

Параметр	Зона І (99,0-99,5%)	Зона ІІ (95-99 %)
rx(перетин діагоналей будівлі)	(S2+L2)0,5/2	(S2+L2)0,5/2
rx(поза межами будівлі, рис 2б)	Визначити за геометричними співвідношеннями
hx	Hб( висота об’єкта)	Hб( висота об’єкта)
h	rx/0,6+ hx/0,7	(rx+ hx)/0,8
ho	0,7 h	0,8 h
ro	0,6 h	0,8 h

Таблиця 3а

Параметри зони захисту об’єкта при висоті блискавковідводу від 30 до 100 м

Параметр	Зона І (99,0-99,5%)	Зона ІІ (95-99 %)
rx(перетин діагоналей будівлі)	(S2+L2)0,5/2	(S2+L2)0,5/2
rx(поза межами будівлі, рис 2б)	Визначити за геометричними співвідношеннями
hx	Hб( висота об’єкта)	Hб( висота об’єкта)
h*	Див примітку
ho	[0,7–7,14·10-4(h – 30)]h	0,8 h
ro	[0,6–1,43·10-3 (h–30)] h	[0,8–1,43·10-3(h–30)] h

Примітка: Для зони І рівня захисту h визначається як корінь кубічного рівняння за формулами Кадано, або числовим методом

Для зони ІІ рівня захисту  і

5.2.2. Розрахунок зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу

Блискавковідвід вважається подвійним, коли відстань між стрижньовими блискавкоприймачами L не перевищує граничної величини L_max. В супротивному випадку обидва блискавковідводи розглядаються як одиничні.

Конфігурація вертикальних і горизонтальних перерізів стандартних зон захисту подвійного стрижньового блискавковідводу (висотою h і відстанню L між блискавковідводами) надана на рис 2. Побудова зовнішніх областей зон подвійного блискавковідводу (напівконусів з габаритами h_о, r_о) виконується за формулами табл. 2, 3, 3а для одиничних стрижньових блискавковідводів. Розміри внутрішніх областей визначаються параметрами h_o і h_с, перший з яких задає максимальну висоту зони безпосередньо біля блискавковідводів, а другий -мінімальну висоту зони посередині між блискавковідводами (практично вона не повинна бути меншою від висоти об’єкту захисту.

При відстані між блискавковідводами L≤L_c межа зони не має провисання

(h_c = h_о).                            [6]

Для відстаней L_с≤ L ≤ L_max висота h_с визначається за формулою

h_c = h_о ×(L_max – L)/ (L_max – L_с)          [7]

Рис 2. Зона захисту подвійного стрижньового блискавковідводу

L – відстань між блискавковідводами h – висота блискавковідводу

h_о – максимальна висота зони захисту безпосередньо біля блискавковідводу

r_о– радіус конуса захисту (торцева частина зони захисту)

r_х– максимальна напівширина зони в горизонтальному перерізі на висоті h_x 

h_с– мінімальна висота зони захисту посередині між блискавковідводами

r_сх– напівширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами

Граничні відстані L_max і L_c для блискавковідводів висотою до 150 м обчислюються за емпіричними формулами табл. 4. При більшій висоті блискавковідводів слід користуватися спеціальним програмним забезпеченням.

Таблиця 4. Розрахунок параметрів зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу

Надійність захисту Р3	Висота блискав-ковідводу h, м	Lmax , м	Lc, м
0,9	від 0 до 30	5,75 h	2,5h
	від 30 до 100	[5,75 – 3,57·10-3(h – 30)] h	2,5h
	від 100 до 150	5,5h	2,5h
0,99	від 0 до 30	4,75h	2,25h
	від 30 до 100	[4,75–3,57·10-3(h – 30)] h	[2,25 – 0,01007(h – 30)] h
	від 100 до 150	4,5h	1,5h
0,999	від 0 до 30	4,25h	2,25h
	від 30 до 100	[4,25–3,57·10-3(h – 30)] h	[2,25–0,01007(h –30)] h
	від 100 до 150	4,0h	1,5h

Розміри горизонтальних перерізів зони обчислюються за наступними формулами, загальними для всіх рівнів надійності захисту:

- максимальна напівширина зони r_х в горизонтальному перетині на висоті h_x вичисляється за формулою :

r_х =r_o (h_o- h_x)/ h_o                                      [8]

- довжина горизонтального перерізу l_x2

на висоті h_x2 ≥ h_c:

l_x= L× (h_o- h_x2)/(2× (h_o- h_с))                             [9]

при h_x < h_c  :   l_x = L / 2                                 [10]

- ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами 2r_сх на висоті h_x ≤ h_c :

2r_сх =2r_o (h_с- h_x)/ h_с                               [11]

При значенні мінімальної висоти зони захисту посередині між блискавковідводами h_c = h_x ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами 2r_сх стає рівною 0, r_сх = 0 

5.2.3. Розрахунок зони захисту одиничних тросових блискавковідводів

Стандартні зони захисту одиничного тросового блискавковідводу висотою h обмежені симетричними двосхилими поверхнями, що створюють у вертикальному перерізі рівнобедрений трикутник з вершиною на висоті h_о<h і основою на рівні землі 2r_о (Рис. 3).

Наведені нижче розрахункові формули (табл. 5) придатні для блискавковідводів висотою до 150 м. При більшій висоті слід користуватися спеціальним програмним забезпеченням. Тут і далі під h розуміється мінімальна висота троса над рівнем землі (з урахуванням провисання). 

Рис 3. Зона захисту одиничного тросового блискавковідводу

h – мінімальна висота тросу над рівнем землі  h_о - висота зони захисту

r_о - напівширина зони захисту на поверхні землі  L - відстань між точками підвісу тросів

r_x - напівширина зони захисту на висоті h_х від поверхні землі

Таблиця 5. 

Розрахунок зони захисту одиничного тросового блискавковідводу

Напівширина r_x зони захисту необхідної надійності одиничного тросового блискавковідводу на висоті h_х від поверхні землі визначається за формулою

r_х =r_o (h_o- h_x)/ h_o               [12]

При необхідності розширити об'єм, що захищається, до торців зони захисту власне тросового блискавковідводу можуть додаватися зони захисту несучих опор, які розраховуються за формулами одиничних стрижньових блискавковідводів. У разі великих провисань тросів, наприклад, на повітряних лініях електропередавання, рекомендується розраховувати забезпечувану імовірність прориву блискавки програмними методами, оскільки побудова зон захисту за мінімальною висотою троса в прольоті може привести до невиправданих витрат.

5.2.4. Розрахунок зони захисту промислового майданчика

Для промислового майданчика великої площі використовується мережа блискавковідводів, які забезпечують захист від ПУБ, причому зона захисту багаторазового блискавковідводу (рис. 4) визначається як зона захисту попарно взятих сусідніх стрижньових блискавковідводів висотою h £ 150 м, причому для кожного конкретного випадку форма зони захисту та кількість необхідних блискавковідводів визначається виглядом захищуваного майданчика та висотою найвищого об’єкта в зоні захисту. 

Рис. 4. Зона захисту виробничого майданчика багаторазовими стрижневими блискавковідводами

Висота порталу захисту приймається рівною висоті найвищого об’єкта:

h_п = h_max = h_x                                        [13]

Основною умовою захищеності одного чи кількох об’єктів висотою h_x з надійністю, що відповідає І чи ІІ рівню блискавкозахисту, є виконання нерівності r_cx > 0 для всіх попарно взятих блискавковідводів. В іншому випадку побудову зон захисту слід виконувати як для одинарних чи подвійних стрижневих блискавковідводів, як це вказано вище.

Для цього необхідно перевірити значення

r_сх =r_o (h_с- h_x)/ h_с                                        [14]

для попарно взятих блискавковідводів з урахуванням можливого провисання зони захисту та визначеної мінімальної висоти зони захисту між блискавковідводами h_с, яку розраховуютьза формулою [7]

6. Послідовність розрахунку блискавкозахисту

Таким чином, послідовність розрахунку блискавкозахисту наступна:

1. Класифікувати об'єкт за блискавкозахистом: звичайний або спеціальний (пп.. 4.2.1, 4.2.2 ДСТУ)

2. Визначити інтенсивність грозової діяльності, питому густину ударів блис­кавки в рік (формула 1) та очікувану кількість уражень об'єкту блискав­кою за рік (формули 2,3 або 4). Для цього визначити середньорічну тривалість гроз для заданого міста України (карта Додатку 2), щільність ударів блискавки на 1 км² земної поверхні за рік (формула 1), визначити чи є об'єкт зосередженим або протяжним, скористатися формулами (2)-(4).

3. Визначити клас пожежної і вибухової небезпеки об’єкту за ПУЕ та ступінь вогнетривкості будинків і споруд

4. Визначити рівень блискавкозахисту об'єкту, що вимагається (таблиця Додатку 1) та категорію пристроїв блискавкозахисту

5. Обрати вид блискавкоприймача (природний або спеціально встановлений) та тип блискавковідводу (чи групи блискавковідводів) і його розташування на території чи об’єкті

6. Розрахунок і графічна побудова зони блискавкозахисту будівлі. Розрахувати параметри блискавкоприймача (висоту, місце розташування) та побудувати креслення зони захисту.

7. Контрольні питання по роботі

1. Природа виникнення блискавки

2. Дія розряду блискавки на промислові об’єкти

3. Первинні і вторинні прояви блискавки.

4. Що таке рівень блискавкозахисту?

5. Як визначити необхідний рівень блискавкозахисту?

6. Як вибирається тип зони та рівень блискавкозахисту об’єкту?

7. Скільки є рівнів блискавкозахисту об’єкту?

8. Яким нормативним документом нормується блискавкозахист?

10. Конструктивні елементи блискавковідводу

12. Зона захисту одиничного стрижньового блискавковідводу та її габарити

13. Зона захисту подвійного стрижньового блискавковідводу та її габарити

14. Зона захисту одиничного тросового блискавковідводу та її габарити

15. Зона захисту промислового майданчика великої площі (багаторазовий блискавковідвід) та її габарити 

№ з/п	Об’єкт	Очікувана кількість уражень об’єкта за рік, за якою виконується блискавкозахист N, уражень/рік	Рівень блискавко-захисту
1	Будівлі і споруди або їх частини, приміщення яких згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 відносяться до зон класів 1 і 20	Незалежно від N	І
2	Будівлі і споруди або їх частини, приміщен-ня яких згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 відносяться до зон класів 2 і 21	N>1	І
		N≤1	ІІ
3	Зовнішні установки, що створюють згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 зону класу 1	Незалежно від N	ІІ
4	Будівлі і споруди або їх частини, приміщення яких згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 відносяться до зон класів П-І, П-ІІ, П-ІІа	Для будівель і споруд І і ІІ ступеня вогнестійкості у разі 0,1<N≤2 і для ІІІ÷V ступеня вогнестійкості у разі 0,02<N≤2	ІІ, ІІІ
		те саме, але у разі N>2	ІІ
5	Розташовані в сільській місцевості невеликі будови III — V ступенів вогнестійкості, приміщення яких згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 відносяться до зон класів П-I, П-П, П-ІІа	N<0,02	ІV
6	Зовнішні установки і відкриті склади, що створюють згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 зону класів П-ІІІ	0,1<N≤2	ІІІ
		N>2	ІІ
7	Будівлі і споруди III, Ша, IIIб, IV, V ступенів вогнестійкості, в яких відсутні приміщення, віднесені за ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 до зон вибухо- і пожежонебезпечних класів	0,1<N≤2	III
		N>2	ІІ
8	Будівлі і споруди з легких металевих конструкцій з горючим утеплювачем (IVa ступеню вогнестійкості), в яких відсутні приміщення, віднесені за ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 до зон вибухо- і пожежонебезпечних класів	0,02<N≤2	III
		N>2	ІІ

1	2	3	4
9	Невеликі будівлі III — V ступенів вогне­стійкості, розташовані в сільській місцевості, в яких відсутні приміщення, що відносяться за ДНАОП 0.00-1.32-01 і НАПБ В.01.056-2005/111 до зон вибухо- і пожежонебезпечних класів	Для III,  ІІІa, III6, IV, V ступеня вогнестійкості у разі N<0,1 і для IVa ступеня вогнестійкості у разі N<0,02	IV
10	Будівлі обчислювальних центрів, а також будівлі в яких встановлено обладнання інформаційних технологій або будь-яке інше електронне обладнання, чутливе до атмосферних перешкод	Незалежно від N	І, II
11	Тваринницькі і птахівничі будівлі і споруди III— V ступенів вогнестійкості: для великої рогатої худоби і свиней на 100 і більше голів, для овець на 500 голів і більше, для птахів на 1000 голів і більше, для коней на 40 голів і більше	Незалежно від N	ІІ, III
12	Димові і інші труби підприємств і котелень, башти і вежі всіх призначень заввишки 15 м і більше	Незалежно від N	ІІІ
13	Житлові і громадські будівлі, висота яких на 25 м і більше перевищує середню висоту навколишніх будівель у радіусі 400 м, а також окремі будівлі висотою більше 30м, що віддалені від інших будівель більше ніж на 400 м	Незалежно від N	ІІІ
14	Окремо житлові і громадські будівлі в сільській місцевості, висотою більше 30 м	Незалежно від N	ІІІ
15	Громадські будівлі III—V ступенів вогне-стійкості наступного призначення: дитячі дошкільні установи, школи і школи-інтерна-ти, стаціонари лікувальних установ, спальні корпуси та їдальні установ охорони здоров'я і відпочинку, культурно-освітні і видовищні установи, адміністративні будівлі, вокзали, готелі, мотелі, кемпінги	Незалежно від N	ІІІ
16	Відкриті видовищні установи (зали для глядачів відкритих кінотеатрів, трибуни відкритих стадіонів тощо)	Незалежно від N	ІІІ
17	Будівлі і споруди, що є пам'ятниками історії, архітектури і культури (скульптури, обеліски тощо.)	Незалежно від N	ІІІ