Катящаяся сфера: как считать
Метод катящейся сферы из ГОСТ Р МЭК 62305-3 (IEC 62305-3) моделирует лидер молнии сферой радиуса R, которую «прокатывают» по объекту со всех сторон: всё, чего сфера не касается, защищено. Радиус зависит от класса системы молниезащиты (СМЗ): I — 20 м, II — 30 м, III — 45 м, IV — 60 м; чем выше класс, тем меньше сфера и тем плотнее нужны молниеприёмники. Для вертикального стержня высотой h ≤ R радиус защиты на уровне hₓ: r = √(h(2R − h)) − √(hₓ(2R − hₓ)). Стержень 20 м защищает точку на высоте 8 м в радиусе 4 м при классе I, 7,9 м при II, 11,8 м при III и 14,8 м при IV.
Нужная высота стержня для точки (hₓ, rₓ) получается из того же уравнения: h = R − √(R² − d²), где d = rₓ + √(hₓ(2R − hₓ)) — и решение существует лишь при d ≤ R. Для дома 10 × 12 × 8 м с мачтой в центре крыши при классе III нужно 14,9 м от земли (мачта 6,9 м над коньком), а при классе I (R = 20 м) один стержень дальний угол на высоте 8 м вообще не накрывает — нужны несколько стержней или сетка. Стержень выше R не добавляет защиты: сфера касается его на высоте R.
Два других метода того же стандарта — защитный угол (конус с углом α, зависящим от класса и высоты — до 20 м стержень класса III защищает под углом около 60°) и молниеприёмная сетка на кровле с ячейкой 5 × 5 (I), 10 × 10 (II), 15 × 15 (III), 20 × 20 м (IV). Классы СМЗ соответствуют уровням защиты LPL с надёжностью перехвата 0,99 / 0,97 / 0,91 / 0,84 и уровням I–IV СО 153 (0,98 / 0,95 / 0,9 / 0,8). Катящаяся сфера — единственный метод, применимый к любой геометрии, поэтому им проверяют сложные крыши, мансарды и парапеты.
Классы СМЗ по ГОСТ Р МЭК 62305-3
Радиус сферы, ячейка сетки, надёжность перехвата и результат для стержня 20 м и дома 10 × 12 × 8 м с мачтой в центре крыши.
Радиус защиты на высоте 8 м по высоте стержня и классу
Стержень выше R не добавляет защиты (класс I — с 20 м, класс II — с 30 м). Последний столбец — зона Б РД для сравнения.
Настоящая Инструкция устанавливает комплекс мероприятий, обеспечивающих безопасность людей, предохранение зданий и сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений при воздействии молнии. Инструкция является обязательной при проектировании молниезащиты зданий и сооружений всех назначений.— РД 34.21.122-87, п. 1.1
Как считать и что проверить
- Класс СМЗ выбирают по оценке риска (МЭК 62305-2): жилые дома обычно III–IV (сфера 45–60 м), объекты с взрывоопасностью — I–II.
- Стержень выше радиуса сферы бессмыслен: сфера касается его на высоте R, и защита не растёт.
- Если d = rₓ + √(hₓ(2R − hₓ)) > R, один стержень точку не накроет ни при какой высоте — ставьте второй или сетку.
- Плоские крыши проверяйте сеткой по классу (15 × 15 м для III) и стержнями на выступах; сфера должна касаться только молниеприёмников.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе молниезащиты; заземлитель для молниеотвода считайте в калькуляторе заземления для молниезащиты, сопротивление растеканию — в расчёте заземления по ПУЭ.
- ГОСТ Р МЭК 62305-3-2010 «Защита от молнии. Часть 3. Физические повреждения зданий и сооружений и опасность для жизни» — классы СМЗ I–IV, метод катящейся сферы, защитного угла и сетки. Росстандарт. 2010.
- ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 «Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы» — уровни защиты от молнии (LPL) и параметры тока молнии. Росстандарт. 2010.
- СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (приказ Минэнерго России от 30.06.2003 № 280) — табл. 2.2 уровни защиты, табл. 3.4 и 3.6 зоны одиночного и двойного стержневого молниеотвода. Минэнерго России. 2003.
- РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» — табл. 1 (категории и типы зон), прил. 2 (интенсивность грозовой деятельности, формула N), прил. 3 (зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов). Минэнерго СССР. 1987.
