Навигация по таблицам
- Таблица 1: Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов
- Таблица 2: Зоны защиты двойных стержневых молниеотводов
- Таблица 3: Зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов
- Таблица 4: Зоны защиты двойных тросовых молниеотводов
- Таблица 5: Высота защиты в зависимости от типа объекта
- Таблица 6: Формулы расчета зон защиты
Таблица 1: Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов
| Высота молниеотвода h (м) | Зона А: h₀ (м) | Зона А: r₀ (м) | Зона Б: h₀ (м) | Зона Б: r₀ (м) | Надежность защиты |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 | 12.75 | 16.05 | 13.8 | 22.5 | А: 99.5%, Б: 95% |
| 20 | 17 | 21.2 | 18.4 | 30 | А: 99.5%, Б: 95% |
| 30 | 25.5 | 31.2 | 27.6 | 45 | А: 99.5%, Б: 95% |
| 50 | 42.5 | 51 | 46 | 75 | А: 99.5%, Б: 95% |
| 75 | 63.75 | 75.75 | 69 | 112.5 | А: 99.5%, Б: 95% |
| 100 | 85 | 100 | 92 | 150 | А: 99.5%, Б: 95% |
| 150 | 127.5 | 148.5 | 138 | 225 | А: 99.5%, Б: 95% |
Таблица 2: Зоны защиты двойных стержневых молниеотводов
| Высота h (м) | Расстояние L (м) | Условие существования | hc Зона А (м) | hc Зона Б (м) | Применимость |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | L ≤ 4h | 17 | 18.4 | Зона А существует |
| 20 | 80 | L = 4h | - | 18.4 | Только зона Б |
| 30 | 90 | L ≤ 3h | 25.5 | 27.6 | Обе зоны |
| 50 | 150 | L ≤ 3h | 42.5 | 46 | Обе зоны |
| 50 | 200 | L = 4h | - | 46 | Только зона Б |
| 75 | 225 | L ≤ 3h | 63.75 | 69 | Обе зоны |
| 100 | 400 | L = 4h | - | 92 | Только зона Б |
Таблица 3: Зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов
| Высота троса h (м) | Ширина зоны на земле (м) | h₀ Зона А (м) | h₀ Зона Б (м) | Стрела провеса (м) | Защитный коэффициент |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 | 37.5 | 12.75 | 13.8 | 0.5-1.0 | 2.5 |
| 20 | 50 | 17 | 18.4 | 0.7-1.3 | 2.5 |
| 30 | 75 | 25.5 | 27.6 | 1.0-2.0 | 2.5 |
| 50 | 125 | 42.5 | 46 | 1.7-3.3 | 2.5 |
| 75 | 187.5 | 63.75 | 69 | 2.5-5.0 | 2.5 |
| 100 | 250 | 85 | 92 | 3.3-6.7 | 2.5 |
| 150 | 375 | 127.5 | 138 | 5.0-10.0 | 2.5 |
Таблица 4: Зоны защиты двойных тросовых молниеотводов
| Высота h (м) | Расстояние между тросами L (м) | Условие | hc внутренней зоны (м) | Ширина защиты (м) | Эффективность |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 60 | L ≤ 3h | 17 | 110 | Высокая |
| 30 | 90 | L ≤ 3h | 25.5 | 165 | Высокая |
| 30 | 120 | L = 4h | 20 | 195 | Средняя |
| 50 | 150 | L ≤ 3h | 42.5 | 275 | Высокая |
| 50 | 200 | L = 4h | 35 | 325 | Средняя |
| 75 | 225 | L ≤ 3h | 63.75 | 412.5 | Высокая |
| 100 | 300 | L ≤ 3h | 85 | 550 | Высокая |
Таблица 5: Высота защиты в зависимости от типа объекта
| Тип объекта | Категория | Требуемая зона | Минимальная высота молниеотвода (м) | Рекомендуемый тип | Особенности |
|---|---|---|---|---|---|
| Жилые дома | III | Б | 8-12 | Стержневой | Установка на кровле |
| Офисные здания | II | А или Б | 15-25 | Стержневой/Сеточный | Комплексная защита |
| Промышленные объекты | I-II | А | 20-50 | Тросовый/Двойной | Большие площади |
| Склады ГСМ | I | А | 30-75 | Отдельно стоящий | Взрывоопасные зоны |
| Энергообъекты | I | А | 50-150 | Тросовый | Высокие токи молнии |
| Антенные сооружения | I-II | А | По высоте антенны | Встроенный | Защита оборудования |
| Спортивные сооружения | II-III | Б | 25-40 | Периметральный | Безопасность людей |
Таблица 7: Методы расчета согласно ГОСТ Р 59789-2021
| Метод расчета | Класс I (r=20м) | Класс II (r=30м) | Класс III (r=45м) | Класс IV (r=60м) | Применимость |
|---|---|---|---|---|---|
| Метод защитного угла | α = 25° | α = 35° | α = 45° | α = 55° | Простые объекты |
| Метод катящейся сферы | R = 20 м | R = 30 м | R = 45 м | R = 60 м | Сложные объекты |
| Метод сетки | 5×5 м | 10×10 м | 15×15 м | 20×20 м | Плоские кровли |
| Минимальная высота стержня | 2 м | 3 м | 4 м | 5 м | При h < R/2 |
| Максимальное расстояние между токоотводами | 10 м | 15 м | 20 м | 25 м | По периметру здания |
| Минимальное сечение токоотвода (Cu) | 16 мм² | 16 мм² | 16 мм² | 16 мм² | Медь |
| Минимальное сечение токоотвода (Al) | 25 мм² | 25 мм² | 25 мм² | 25 мм² | Алюминий |
Таблица 8: Формулы расчета зон защиты (категорийный подход)
| Тип молниеотвода | Зона А (99.5%) | Зона Б (95%) | Нормативная база | Ограничения применения |
|---|---|---|---|---|
| Одиночный стержневой | h₀ = 0.85h r₀ = (1.1-0.002h)h rₓ = (1.1-0.002h)(h-hₓ/0.85) |
h₀ = 0.92h r₀ = 1.5h rₓ = 1.5(h-hₓ/0.92) |
СО 153-34.21.122-2003 РД 34.21.122-87 |
h ≤ 150 м Только категорийный подход |
| Двойной стержневой | Rс = R₀(hс-hₓ)/hс При L ≤ 4h |
Rс = 1.5(hс-hₓ/0.92) При L ≤ 6h |
СО 153-34.21.122-2003 РД 34.21.122-87 |
h ≤ 150 м Расстояние L ограничено |
| Одиночный тросовый | gₓ = 2.5(hₜᵣ-hₓ/0.85) при hₓ ≤ h₀ |
gₓ = 3.5(hₜᵣ-hₓ/0.92) при hₓ ≤ h₀ |
СО 153-34.21.122-2003 РД 34.21.122-87 |
h ≤ 150 м Учет стрелы провеса |
| Метод катящейся сферы (ГОСТ Р 59789-2021) | R = 20-60 м в зависимости от класса |
Единая методика для всех классов |
ГОСТ Р 59789-2021 IEC 62305-3 |
Риск-ориентированный подход Требует расчета риска |
| Метод защитного угла (ГОСТ Р 59789-2021) | α = 25-55° в зависимости от класса |
Единая методика для всех классов |
ГОСТ Р 59789-2021 IEC 62305-3 |
h ≤ R/2 Простые геометрии |
Полное оглавление статьи
- Введение
- Нормативная база и современные требования
- Типы молниеотводов и их классификация
- Зоны защиты: типы А и Б
- Расчеты стержневых молниеотводов
- Расчеты тросовых молниеотводов
- Практические примеры расчетов
- Особенности монтажа и эксплуатации
- Современные тенденции и инновации
- Часто задаваемые вопросы
Введение
Молниезащита является критически важным элементом безопасности зданий и сооружений. Правильный расчет зон защиты молниеотводов обеспечивает надежную защиту объектов от прямых ударов молнии с вероятностью успеха до 99.5%. В данной статье представлен комплексный анализ методов расчета зон защиты для различных типов молниеотводов согласно действующим нормативам.
Нормативная база и современные требования
В настоящее время в России действуют два параллельных подхода к проектированию молниезащиты, что отражает переходный период в нормативном регулировании.
Категорийный подход (традиционный)
Основан на документах СО 153-34.21.122-2003 "Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" и РД 34.21.122-87. Классификация объектов производится по категориям I, II, III в зависимости от назначения и степени опасности.
Риск-ориентированный подход (современный)
Введен ГОСТ Р 59789-2021 "Молниезащита. Часть 3. Защита зданий и сооружений от повреждений и защита людей и животных от электротравматизма", действующим с 1 марта 2022 года. Основан на международном стандарте IEC 62305-3:2010 и предполагает расчет риска потерь для определения требований к молниезащите.
• ГОСТ Р 59789-2021 (риск-ориентированный подход)
• СО 153-34.21.122-2003 (категорийный подход)
• ГОСТ Р МЭК 62305 серии (части 1, 2, 4)
• РД 34.21.122-87 (параллельное применение согласно письму Ростехнадзора)
Современные требования к молниезащите учитывают не только защиту от прямых ударов молнии, но и защиту от электромагнитных импульсов, наведенных перенапряжений и других вторичных проявлений грозовой деятельности.
Категории молниезащиты по традиционному подходу
I категория - объекты, представляющие опасность для окружающей среды (склады взрывчатых веществ, АЭС, химические производства)
II категория - объекты с массовым пребыванием людей (стадионы, торговые центры, больницы)
III категория - жилые и административные здания обычного назначения
Классы молниезащиты по ГОСТ Р 59789-2021
Класс I - максимальная защита (радиус катящейся сферы 20 м)
Класс II - повышенная защита (радиус катящейся сферы 30 м)
Класс III - нормальная защита (радиус катящейся сферы 45 м)
Класс IV - базовая защита (радиус катящейся сферы 60 м)
Типы молниеотводов и их классификация
Молниеотводы классифицируются по нескольким критериям, каждый из которых влияет на методику расчета зоны защиты и эффективность системы в целом.
По типу молниеприемника
Стержневые молниеотводы представляют собой вертикальные металлические стержни высотой от нескольких метров до 150 метров. Они создают зону защиты в форме кругового конуса и наиболее эффективны для защиты компактных объектов.
Тросовые молниеотводы состоят из горизонтально натянутых металлических тросов между опорами. Зона защиты имеет форму двускатной крыши и эффективна для защиты протяженных объектов.
Сеточные молниеотводы представляют собой металлическую сетку, уложенную на кровлю здания. Применяются преимущественно для плоских кровель больших площадей.
По количеству элементов
Одиночные молниеотводы - отдельно стоящие устройства, расчет которых выполняется по базовым формулам для соответствующего типа молниеприемника.
Двойные молниеотводы - системы из двух молниеотводов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. При расстоянии L ≤ 4h для стержневых и L ≤ 4h для тросовых молниеотводов образуется единая зона защиты.
Многократные молниеотводы - сложные системы из трех и более элементов, требующие специального расчета методом фиктивной сферы или компьютерного моделирования.
Зоны защиты: типы А и Б
Зоны защиты молниеотводов подразделяются на два типа в зависимости от требуемой надежности защиты:
Зона типа А (надежность 99.5%)
Зона типа А обеспечивает высшую степень защиты с вероятностью попадания молнии не более 0.5%. Применяется для объектов I и II категорий, где последствия поражения молнией могут быть катастрофическими.
h₀ = 0.85h
r₀ = (1.1 - 0.002h) × h
rₓ = (1.1 - 0.002h) × (h - hₓ/0.85)
Зона типа Б (надежность 95%)
Зона типа Б обеспечивает стандартную защиту с вероятностью попадания молнии не более 5%. Применяется для объектов III категории и в случаях, когда требования к надежности менее строгие.
h₀ = 0.92h
r₀ = 1.5h
rₓ = 1.5 × (h - hₓ/0.92)
Расчеты стержневых молниеотводов
Стержневые молниеотводы являются наиболее распространенным типом молниезащиты благодаря простоте конструкции и надежности. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода представляет собой круговой конус с вершиной, расположенной ниже верха молниеотвода.
Практический пример расчета
Задача: Необходимо защитить здание высотой 12 м и размерами в плане 30×20 м. Требуется зона защиты типа Б.
Решение:
1. Определяем необходимую высоту молниеотвода. Для полного покрытия здания диагональ основания составляет √(30² + 20²) = 36.06 м
2. Принимаем высоту молниеотвода h = 30 м
3. Расчет зоны Б:
h₀ = 0.92 × 30 = 27.6 м
r₀ = 1.5 × 30 = 45 м
rₓ при hₓ = 12 м: rₓ = 1.5 × (30 - 12/0.92) = 25.43 м
Результат: Радиус защиты на высоте здания составляет 25.43 м, что превышает требуемые 18.03 м (половина диагонали). Здание полностью защищено.
Особенности расчета двойных стержневых молниеотводов
При использовании двойных стержневых молниеотводов необходимо учитывать взаимодействие зон защиты. Основным условием образования единой зоны является соблюдение ограничений по расстоянию между молниеотводами:
- Зона А: L ≤ 4h
- Зона Б: L ≤ 6h
где L - расстояние между молниеотводами, h - их высота
Расчеты тросовых молниеотводов
Тросовые молниеотводы эффективны для защиты протяженных объектов, таких как промышленные здания, склады, спортивные сооружения. Зона защиты тросового молниеотвода представляет собой пространство, ограниченное двускатной поверхностью.
Учет стрелы провеса
При расчете тросовых молниеотводов необходимо учитывать стрелу провеса троса под действием собственного веса и ветровой нагрузки. Стрела провеса влияет на эффективную высоту молниеотвода и, соответственно, на размеры зоны защиты.
f = (q × L²) / (8 × T)
где q - погонная нагрузка на трос (Н/м)
L - пролет между опорами (м)
T - натяжение троса (Н)
Пример расчета тросового молниеотвода
Задача: Защитить склад длиной 80 м, шириной 40 м и высотой 15 м.
Решение:
1. Устанавливаем тросовый молниеотвод высотой 25 м
2. Стрела провеса при пролете 80 м составляет 2.5 м
3. Эффективная высота: hэф = 25 - 2.5 = 22.5 м
4. Ширина зоны защиты: 2 × gₓ = 2.5 × (22.5 - 15/0.92) = 78.8 м
Результат: Ширина защиты превышает ширину склада (40 м), обеспечивая полную защиту объекта.
Практические примеры расчетов
Рассмотрим несколько практических ситуаций, демонстрирующих применение различных типов молниеотводов и методик расчета.
Пример 1: Жилой дом
Объект: Частный жилой дом 12×15 м, высота 9 м
Категория: III
Требуемая зона: Б
Расчет:
Диагональ дома: √(12² + 15²) = 19.2 м
Принимаем стержневой молниеотвод высотой 15 м
r₀ = 1.5 × 15 = 22.5 м
rₓ при hₓ = 9 м: rₓ = 1.5 × (15 - 9/0.92) = 7.8 м
Вывод: Молниеотвод высотой 15 м недостаточен. Требуется высота не менее 20 м.
Пример 2: Промышленный объект
Объект: Производственный цех 150×60 м, высота 18 м
Категория: II
Требуемая зона: А
Решение: Применяем двойной тросовый молниеотвод
Высота молниеотводов: 35 м
Расстояние между тросами: 80 м (L ≤ 3h = 105 м)
Ширина внутренней зоны: 80 + 2 × 27.5 = 135 м
Длина защищаемой зоны: определяется торцевыми зонами
Особенности монтажа и эксплуатации
Правильный монтаж молниеотводов критически важен для обеспечения расчетной эффективности системы. Основные требования к монтажу включают:
Требования к молниеприемникам
Молниеприемники должны изготавливаться из коррозионно-стойких материалов: оцинкованной стали, алюминия, меди или нержавеющей стали. Минимальное сечение стержневых молниеприемников составляет 100 мм² для стали и 50 мм² для алюминия.
Токоотводы и заземление
Контроль и обслуживание
Система молниезащиты требует регулярного технического обслуживания, включающего:
- Визуальный осмотр молниеприемников и токоотводов (не реже 1 раза в год)
- Измерение сопротивления заземления (не реже 1 раза в 3 года)
- Проверка надежности соединений (не реже 1 раза в 6 лет)
Современные тенденции и новые методы расчета
Развитие методов проектирования молниезащиты характеризуется переходом от упрощенных геометрических моделей к более точным физическим подходам, учитывающим реальные механизмы развития молнии.
Метод катящейся сферы (ГОСТ Р 59789-2021)
Данный метод представляет собой наиболее современный подход к определению зон защиты молниеотводов. Основан на физической модели лидерного процесса развития молнии. Сфера определенного радиуса "катится" по поверхности объекта и молниеотводов - места, которых она касается, являются точками возможного поражения молнией.
1. Радиус сферы определяется классом молниезащиты (20-60 м)
2. Сфера "катится" по контуру молниеотводов и объекта
3. Зоны, недоступные для касания сферы, являются защищенными
4. Метод позволяет рассчитать защиту сложных геометрий
Риск-ориентированный подход
ГОСТ Р 59789-2021 вводит принципиально новую методологию, основанную на оценке риска потерь от воздействия молнии. Вместо жесткого деления на категории производится расчет приемлемого риска для конкретного объекта с учетом его характеристик, назначения и возможных последствий поражения.
Интеграция с системами мониторинга
Современные системы молниезащиты все чаще дополняются датчиками грозовой активности и системами мониторинга целостности заземления, что позволяет в реальном времени контролировать состояние защиты и прогнозировать необходимость технического обслуживания.
Компьютерное моделирование
Использование специализированного программного обеспечения, реализующего методы катящейся сферы и защитного угла, позволяет проводить трехмерное моделирование зон защиты для сложных объектов, оптимизировать размещение молниеотводов и минимизировать затраты на систему.
Часто задаваемые вопросы
Источники информации (актуальные на июнь 2025 г.):
1. ГОСТ Р 59789-2021 "Молниезащита. Часть 3. Защита зданий и сооружений от повреждений и защита людей и животных от электротравматизма" (действует с 1 марта 2022 г.)
2. СО 153-34.21.122-2003 "Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" (действует)
3. ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010, ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010, ГОСТ Р МЭК 62305-4-2016 "Защита от молнии" (серия стандартов, действует)
4. РД 34.21.122-87 "Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений" (применяется параллельно согласно письму Ростехнадзора от 01.12.2004 г. № 10-03-04/182)
5. IEC 62305:2010 "Protection against lightning" (международный стандарт, базовая версия)
6. Научные публикации ЭНИН им. Г.М. Кржижановского по современным методам молниезащиты
7. Материалы вебинаров по стандарту IEC 62305 с участием разработчиков стандарта
Отказ от ответственности:
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и отражает состояние нормативной базы на июнь 2025 года. Статья не может рассматриваться как руководство к действию при проектировании систем молниезащиты. В связи с переходным периодом в нормативном регулировании (сосуществование категорийного и риск-ориентированного подходов) все проектные решения должны разрабатываться квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий объекта, требований заказчика, действующих нормативных требований и результатов инженерных изысканий. При выборе методики расчета (традиционной или по ГОСТ Р 59789-2021) необходимо учитывать специфику объекта и требования надзорных органов. Автор не несет ответственности за последствия применения информации из данной статьи без соответствующей экспертной оценки.
