Электротехника / Профессионально об эффективности молниеотводов.  (Прочитано 494 раз)

Результаты исследований от Алексея СКРИПКО, начальника отдела исследований в области предупреждения чрезвычайных ситуаций НИИ ПБ и ЧС МЧС РБ.

В Республике Беларусь значительную долю пожаров от грозовых проявлений (более 90%) составляют пожары в зданиях и сооружениях, вызванные прямыми ударами молнии. Маркетинговые исследования показали, что в республике реализуется до 67% средств молниезащиты, предназначенных для защиты от прямого удара молнии. Молниеотводы широко востребованы в народном хозяйстве. Вместе с тем молниеотводы, представленные на отечественном рынке, характеризуются нестабильным положением оси зоны защиты молниеотвода и в процессе эксплуатации испытывают различного рода деформации. Из-за чего изменяются зоны защиты, снижается эффективность приема прямого удара молнии, происходят пожары, ухудшаются условия производственной безопасности.

К основным причинам обстановки, вызванной нестабильным положением оси зоны защиты молниеотводов и, как следствие, ухудшением производственной обстановки на предприятии, возникновением пожаров от ударов молнии относятся применение не всегда эффективных мер молниезащиты; зачастую отсутствие учета опыта эксплуатации молниезащиты объектов, в том числе отрицательного; пассивная позиция субъектов хозяйствования к поддержанию средств защиты от грозовых разрядов в надлежащем состоянии и д.р. Отсутствие научно-обоснованных норм создает ряд трудностей при определении эффективности молниезащиты зданий и сооружений и подводит к целесообразности разработки конкретных действенных мер и средств в области охраны труда и пожарной безопасности, регламентирующих исключительно вопросы молниезащиты. По этой причине проведение исследований, предметом которых стало изучение условий эксплуатации молниезащиты, в целях снижения влияния грозовых проявлений, созданию безопасных условий эксплуатации зданий и сооружений в Республике Беларусь стало актуальным.

Теоретические основы молниезащиты для зданий и сооружений были заложены еще в прошлом веке рядом проведенных исследований. Вопросам безопасности работников и защиты производственных объектов от воздействия грозовых проявлений в разное время уделялось должное внимание [1-5]. Были получены представления о параметрах зоны защиты молниеотводов, сечению и конфигурации элементов молниезащиты. Следует отметить, что объектом указанных исследований было поведение лидера молнии относительно молниеотвода. При этом не рассматривалась взаимозависимость элементов в системе «молниеотвод – производственная среда – объект защиты» с учетом месторасположения, архитектурных и технологических особенностей объекта защиты. В то же время анализ условий эксплуатации молниезащиты на более 15000 объектах республики показал, что большая их часть используется с нарушением: в 63% случаях нарушением являлся конструктивный недостаток, что сопровождалось отклонением от оси защиты молниеотводов и их падениями; более 30% нарушений, связаны с низкой организацией производственной безопасности объекта защиты [6].

В результате анализа условий возникновения пожаров в зданиях и сооружениях от грозовых проявлений, условий эксплуатации молниезащиты установлено, что безопасное функционирование объекта во время грозовых разрядов зависит от большого количества факторов различной природы. Это обстоятельство позволило сделать целесообразным постановку отсеивающих экспериментов с использованием плана Плакетта – Бермана и на первом этапе исследований выявить наиболее существенные факторы, влияющие на устойчивость объекта к возникновению пожаров от грозовых разрядов. В результате обработки данных методами математической статистики получено обоснование по устойчивости объекта к грозовым проявлениям. Установлено, что молниеотвод, стоящий отдельно от защищаемого объекта, эффективнее, чем молниеотвод, расположенный непосредственно на объекте.

На втором этапе исследований предстояла задача установить рациональные параметры молниеотвода. В результате применения отсеивающих экспериментов были установлены факторы, влияющие на эффективность молниеотвода – коэффициент защиты молниеотвода, коэффициент сопротивления заземлителя, площадь сечения молниеотвода. Также были обоснованы уровни и интервалы варьирования факторов. Анализ полученных результатов на втором этапе исследований позволил сделать следующие выводы:

- наилучшая молниезащита (≈97%) обеспечивается, когда молниеотвод имеет площадь сечения не менее 50 мм2; размер зоны защиты должен обладать избыточной величиной по отношению к размеру объекта защиты, рациональная величина которой с учетом особенностей эксплуатации молниеотводов составляет не менее 1,36 от высоты объекта защиты; сопротивление заземлителя молниеотвода по отношению к его конфигурации определяется с учетом требуемых условий по растеканию тока молнии в земле, при этом длина заземлителя должна составлять не менее 115 м при его сопротивлении в 10 Ом;

- важнейшим фактором для обеспечения устойчивости объекта к возникновению пожара от грозовых проявлений является коэффициент защиты молниеотвода – отношение зоны защиты молниеотвода к высоте объекта защиты.

Проведенными теоретическими исследованиями определены взаимосвязь и взаимовлияние элементов системы «молниеотвод-производственная среда-объект защиты» в зависимости от месторасположения «объекта защиты», архитектурных его особенностей. Обоснованы такие параметры, как высота молниеотвода, сечение проводника, количество вертикальных электродов заземлителя и длина горизонтального заземлителя, необходимых для обеспечения надежного заземления.

Для обоснования отклонений молниеотводов в процессе эксплуатации,  установления предельных величин и закономерностей отклонений проведены экспериментальные исследования. С целью установления периодичности наблюдений, способов фиксации и методов обработки полученных результатов, связанных с отклонениями молниеотводов, использовалась разработанная методика [6-7].

По результатам экспериментальных исследований определено, что формирование оси зоны защиты молниеотвода фиксируется преимущественно в первый год эксплуатации. Зависимость отклонений молниеотводов от их высоты, когда высота составляет 1 … 3 м, имеет линейный характер, от 3 до 7 м – логарифмический вид, высотой от 7 до 10 м – экспоненциальная зависимость. Результатами экспериментальных исследований также установлено:

- молниеотводы в процессе своей эксплуатации отклоняются, размеры зон защиты становятся меньше; с увеличением высоты молниеотвода над защищаемой поверхностью производственного объекта пропорционально уменьшается размер зоны защиты;

- отклонения зоны защиты экспериментального молниеотвода, идентичного по высоте эксплуатируемым, почти в два раза меньше и составили до 22 см.

Обработка полученных результатов исследований позволила выразить величину зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода с учетом его отклонения, а разработать графический метод определения зон защиты молниеотводов различных высот и уровней молниезащиты с учетом отклонений молниеотводов от осей защиты в процессе их эксплуатации (рисунок 1).


Рисунок 1 – Графический метод определения размеров зоны защиты молниеотвода

А также разработать конструкцию молниеотвода, включающего молниеприемник, токоотвод, заземлитель, опоры и бетонный груз для защиты объекта АПК от прямых ударов молнии (рисунок 2).


Рисунок 2 – Молниеотвод с повышенными характеристиками для устойчивого функционирования:
1 – молниеприемник; 2 – токоотвод;  3 – опора; 4 – стержень-заземлитель; 5 – бетонный груз.

Техническим новизной и результатом молниеотвода считается:
- минимизация отклонения молниеотвода от проектной вертикальной оси, что обеспечивает заявленную надежность защиты (угол и размер зоны);
- фундамент молниеотвода сборный, что дает возможность регулировать ось защиты в процессе монтажа;
- отдельно стоящий, вкапываемый – рациональный способ обеспечения безопасных условий труда;
- конструктивные параметры и материал для изготовления обоснованы результатами исследований.

Рекомендуемые марки стали для бюджетного изготовления молниеотвода: Ст3…Ст20….Ст60. Ориентировочная стоимость единицы продукции в 1,3-1,7 раза дешевле аналогов. Техническая новизна конструкции молниеотвода защищена патентом Республики Беларусь [8-9].

Автор: Скрипко А.Н.
Учреждение «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, г. Минск
E-mail: skripko32@gmail.com

ЛИТЕРАТУРА
1. Акопян, А.А. Исследование защитного действия молниеотводов. – Труды ВЭИ, 1940, вып. 36.
2. Стекольников, И.С. Физика молнии и грозозащита / И.С. Стекольников ; отв. ред. акад. А.Ф. Иоффе ; АН СССР, Энерг. ин-т им. Г.М. Кржижановского. – М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1943. – 230 с.
3. Базелян, Э.М. Физика молнии и молниезащиты / Э.М. Базелян, Ю.П. Райдер. – М. : Физматлит, 2001. – 319 с.
4. Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений. — М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.
5. Куприенко, В.М. Методика и результаты испытаний по определению угла защиты для отдельно стоящих стержневых и тросовых молниеотводов. // Вестник Национального технического университета «ХПИ», 2006, № 17.
6. Мисун, Л. В. Снижение влияния грозовых проявлений на объектах агропромышленного комплекса / Л. В. Мисун, А. Н. Скрипко. − Минск : БГАТУ, 2015. – 116 с.
7. Отчёт о НИР № ГР 20140450 А «Научное обоснование оптимальных технических средств защиты от прямых ударов молнии зданий и сооружений, разработка экспериментального отечественного образца молниеотвода» / Скрипко А.Н., Мисун Л. В. ,  Качан В. А.; НИИ ПБиЧС МЧС Беларуси (Отчёт о НИР № ГР 20140450).— Мн., 2014. — 83 с. — Библиогр.: с. 82–83 (21 назв.). — Рус. — Деп. в ГУ «БелИСА» 13.03.2015 № Д201505.
8. Молниеотвод с повышенными характеристиками устойчивого функционирования: пат. 10767 Респ. Беларусь, МПК Н 02G 13/00 (2006.01) / А.Н. Скрипко, Л.В. Мисун, В.А. Агейчик, В.В. Кобяк; заявитель Учреждение «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь. – № u20140413; заявл. 14.11.2014; опубл. 30.08.2015.
9. Молниеотвод: пат. 10701 Респ. Беларусь, МПК Н 02 Н 9/06 (2006.01) Н 02G 13/00 (2006.01) / А. Н. Скрипко, Л. В. Мисун, В. А. Агейчик, В. В. Кобяк; заявитель учреждение «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь. – № u20080793; заявл. 06.01.2015; опубл. 30.06.2015.

Это все хорошо почитать "для сведения". Официально применять не можем. 

Когда уже МЧС начнет заниматься спасением жизней и перестанет зарабатывать деньги для бюджета и лезть во все дыры.

А почему ты считаешь, что предупреждения чрезвычайных ситуаций это не их область?

К сожалению, да.

Особенно "порадовало":
Только А.Н. Скрипко не поясняет, как это аргументировать экспертизе...
И да, где расчет "rf" по многоэтажным жилым домам от МЧС (Скрипко А,Н,), без которого проектировщики не один год вынуждены неоправданно завышать класс молниезащиты (и увеличивать расходы), согласно пресловутого "письма Минэнерго"

📱Размещаем вакансии в Телеграм-канале!
Теперь, размещая вакансии на Proekt.by мы дублируем их в нашем Телеграм-канале с ~5000 подписчиками. Преимущество - мгновенный охват огромной аудитории - специалистов стройотрасли.