Calculating the Zones Protected by Complex Lightning Rods
Keywords:
lightning protection, lightning protection zones, regulatory documents, complex lightning rods, calculation method
Abstract
Russian regulatory documents establish protection zones for a limited number of simple lightning rods, which are not enough for optimal lightning protection design of complex facilities. The article presents a numerical method for calculating the zones protected by complex lightning rods. The proposed method is based on replacing the lightning wire with a system of vertical rods. An analytical expression for the zone protected by a combined (wire–rod) lightning protection system is obtained. The zones protected by inclined wires, combined systems, and arbitrary wires are calculated. Using the example of a closed wire, the advantages of the developed technique in comparison with the regulatory documents currently in force are shown, namely, a more accurate solution (better smoothness of the protected zone outlines) by taking into account the mutual influence of all lightning rod system elements. V.M. Kuprienko’s proposal on choosing the maximum distance of a double rod system based on the rods active part is investigated, including the results of its application for calculating the protection zones of the Konda oil storage facility (before the accident in 2010).
References
1. СО 153-343.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. М.: Изд-во МЭИ, 2004, 57 с.
2. ВСП 22-02-07 МО РФ. Нормы по проектированию, устройству и эксплуатации молниезащиты объектов военной инфраструктуры. М.: 26 ЦНИИ МО РФ, 2007, 168 с.
3. Базелян Э.М., Гайворонский А.С., Сысоев В.С. Испытания зон защиты типовых молниеотводов методом имитационного физического моделирования. – III Российская конференция по молниезащите, 2012, с. 384–398.
4. Куприенко В.М. Предельные размеры зоны защиты активной части стержневых молниеотводов. – Электричество, 2015, № 4, с. 20–25.
5. Куприенко В.М. Особенности защиты зданий и сооружений тремя стержневыми молниеотводами. – Электричество, 2016, № 6. с. 4–9.
6. Куприенко В.М. Защита зданий и сооружений разновысокими стержневыми молниеотводами. – Электричество, 2019, № 8. с. 24–29.
7. Гайворонский А.С., Голдобин В.Д. Оценка эффективности зон защиты молниеотводов по результатам численных экспериментов на модели ориентировки лидера молнии. – VI Российская конференция по молниезащите, 2018, с. 39–45.
8. Калугина И.Е. и др. Особенности расчета поражения молнией элементов воздушных линий электропередачи. – Вестник МЭИ, 2020, № 6, с. 46–52.
9. Калугина И.Е. Развитие вероятностной методики расчета молниезащищенности воздушных линий электропередачи. – Электричество, 2011, № 11, с. 46–52.
10. Базелян Э.М. Нормирование молниезащиты в России. Основные проблемы и пути совершенствования. – III Российская конференция по молниезащите, 2012. с. 372 – 383.
11. Куприенко В.М., Шишигин С.Л. Состояние и перспективы совершенствования норм по проектированию современных средств молниезащиты зданий и сооружений. – V Российская конференция по молниезащите, 2016, с. 194–197.
12. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001, 320 с.
13. ГОСТ 35053-2023. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Обеспечение защиты от молнии и статического электричества. М.: Российский институт стандартизации, 2024, 27 с.
14. IEC 62305-3(2024). Protection Against Lightning – Part 3: Physical Damage to Structures and Life Hazard. 2024, 280 p.
15. Базелян Э.М. Анализ исходных предпосылок и конкретных рекомендаций стандарта МЭК 62305 по защите от прямых ударов молнии. – I Российская конференция по молниезащите, 2007, с. 129–139.
16. Технический циркуляр № 25/2009. Об использовании специализированного программного обеспечения для расчета эффективности защитного действия молниеотводов. М.: Ассоциация "Росэлектромонтаж", 2009.
17. Шишигин С.Л. Построение двумерной картины электростатического поля. – Электричество, 2004, № 3, с. 53–58.
18. Программа «ЗУМ» [Электрон. ресурс], URL: https://zym-emc.ru/zymprogram.html (дата обращения 03.12.24).
#
1. SO 153-343.21.122-2003. Instruktsiya po ustroystvu molnieza-shchity zdaniy, sooruzheniy i promyshlennyh kommunikatsiy (Guidelines on Installation of Lightning Protection Devices for Buildings, Structures, and Industrial Utility Lines). M.: Izd-vo MEI, 2004, 57 p.
2. VSP 22-02-07 MO RF. Normy po proektirovaniyu, ustroystvu i ekspluatatsii molniezashchity ob’’ektov voennoy infrastruktury (Standards for the Design, Installation and Operation of Lightning Protection of Military Infrastructure Facilities). M.: 26 TsNII MO RF, 2007, 168 p.
3. Bazelyan E.M., Gayvoronskiy A.S., Sysoev V.S. III Rossiys-kaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (3rd Russian Lightning Protection Conference), 2012, pp. 384–398.
4. Kuprienko V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2015, No. 4, pp. 20–25.
5. Kuprienko V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2016, No. 6. pp. 4–9.
6. Kuprienko V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 8. pp. 24–29.
7. Gayvoronskiy A.S., Goldobin V.D. VI Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (6th Russian Lightning Protection Conference), 2018, pp. 39–45.
8. Kalugina I.E. et al. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2020, No. 6, pp. 46–52.
9 Kalugina I.E. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 11, pp. 46–52.
10. Bazelyan E.M. III Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (3rd Russian Lightning Protection Conference), 2012, pp. 372 – 383.
11. Kuprienko V.M., Shishigin S.L. V Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (5th Russian Lightning Protection Con-ference), 2016, pp. 194–197.
12. Bazelyan E.M., Rayzer Yu.P. Fizika molnii i molniezashchity (Physics of Lightning and Lightning Protection). M.: Fizmatlit, 2001, 320 p.
13. GOST 35053-2023. Magistral’nyy truboprovodnyy transport nefti i nefteproduktov. Obespechenie zashchity ot molnii i staticheskogo elektrichestva (Main Pipeline Transportation of Oil and Petroleum Products. Providing Protection Against Lightning and Static Electricity). M.: Rossiyskiy institut standartizatsii, 2024, 27 p.
14. IEC 62305-3(2024). Protection Against Lightning – Part 3: Physical Damage to Structures and Life Hazard. 2024, 280 p.
15. Bazelyan E.M. I Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (1st Russian Lightning Protection Conference), 2007, pp. 129–139.
16. Tehnicheskiy tsirkulyar № 25/2009. Ob ispol’zovanii spetsializirovannogo programmnogo obespecheniya dlya rascheta effektivnosti zashchitnogo deystviya molnieotvodov (Technical Circular No. 25/2009. On the Use of Specialized Software for Calculating the Effectiveness of the Protective Action of Lightning Rods). M.: Assotsiatsiya "Roselektromontazh", 2009.
17. Shishigin S.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2004, No. 3, pp. 53–58.
18. Programma «ZUM» (The ZYM program) [Electron. resource], URL: https://zym-emc.ru/zymprogram.html (Date of appeal 03.12.24)
2. ВСП 22-02-07 МО РФ. Нормы по проектированию, устройству и эксплуатации молниезащиты объектов военной инфраструктуры. М.: 26 ЦНИИ МО РФ, 2007, 168 с.
3. Базелян Э.М., Гайворонский А.С., Сысоев В.С. Испытания зон защиты типовых молниеотводов методом имитационного физического моделирования. – III Российская конференция по молниезащите, 2012, с. 384–398.
4. Куприенко В.М. Предельные размеры зоны защиты активной части стержневых молниеотводов. – Электричество, 2015, № 4, с. 20–25.
5. Куприенко В.М. Особенности защиты зданий и сооружений тремя стержневыми молниеотводами. – Электричество, 2016, № 6. с. 4–9.
6. Куприенко В.М. Защита зданий и сооружений разновысокими стержневыми молниеотводами. – Электричество, 2019, № 8. с. 24–29.
7. Гайворонский А.С., Голдобин В.Д. Оценка эффективности зон защиты молниеотводов по результатам численных экспериментов на модели ориентировки лидера молнии. – VI Российская конференция по молниезащите, 2018, с. 39–45.
8. Калугина И.Е. и др. Особенности расчета поражения молнией элементов воздушных линий электропередачи. – Вестник МЭИ, 2020, № 6, с. 46–52.
9. Калугина И.Е. Развитие вероятностной методики расчета молниезащищенности воздушных линий электропередачи. – Электричество, 2011, № 11, с. 46–52.
10. Базелян Э.М. Нормирование молниезащиты в России. Основные проблемы и пути совершенствования. – III Российская конференция по молниезащите, 2012. с. 372 – 383.
11. Куприенко В.М., Шишигин С.Л. Состояние и перспективы совершенствования норм по проектированию современных средств молниезащиты зданий и сооружений. – V Российская конференция по молниезащите, 2016, с. 194–197.
12. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001, 320 с.
13. ГОСТ 35053-2023. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Обеспечение защиты от молнии и статического электричества. М.: Российский институт стандартизации, 2024, 27 с.
14. IEC 62305-3(2024). Protection Against Lightning – Part 3: Physical Damage to Structures and Life Hazard. 2024, 280 p.
15. Базелян Э.М. Анализ исходных предпосылок и конкретных рекомендаций стандарта МЭК 62305 по защите от прямых ударов молнии. – I Российская конференция по молниезащите, 2007, с. 129–139.
16. Технический циркуляр № 25/2009. Об использовании специализированного программного обеспечения для расчета эффективности защитного действия молниеотводов. М.: Ассоциация "Росэлектромонтаж", 2009.
17. Шишигин С.Л. Построение двумерной картины электростатического поля. – Электричество, 2004, № 3, с. 53–58.
18. Программа «ЗУМ» [Электрон. ресурс], URL: https://zym-emc.ru/zymprogram.html (дата обращения 03.12.24).
#
1. SO 153-343.21.122-2003. Instruktsiya po ustroystvu molnieza-shchity zdaniy, sooruzheniy i promyshlennyh kommunikatsiy (Guidelines on Installation of Lightning Protection Devices for Buildings, Structures, and Industrial Utility Lines). M.: Izd-vo MEI, 2004, 57 p.
2. VSP 22-02-07 MO RF. Normy po proektirovaniyu, ustroystvu i ekspluatatsii molniezashchity ob’’ektov voennoy infrastruktury (Standards for the Design, Installation and Operation of Lightning Protection of Military Infrastructure Facilities). M.: 26 TsNII MO RF, 2007, 168 p.
3. Bazelyan E.M., Gayvoronskiy A.S., Sysoev V.S. III Rossiys-kaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (3rd Russian Lightning Protection Conference), 2012, pp. 384–398.
4. Kuprienko V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2015, No. 4, pp. 20–25.
5. Kuprienko V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2016, No. 6. pp. 4–9.
6. Kuprienko V.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 8. pp. 24–29.
7. Gayvoronskiy A.S., Goldobin V.D. VI Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (6th Russian Lightning Protection Conference), 2018, pp. 39–45.
8. Kalugina I.E. et al. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2020, No. 6, pp. 46–52.
9 Kalugina I.E. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 11, pp. 46–52.
10. Bazelyan E.M. III Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (3rd Russian Lightning Protection Conference), 2012, pp. 372 – 383.
11. Kuprienko V.M., Shishigin S.L. V Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (5th Russian Lightning Protection Con-ference), 2016, pp. 194–197.
12. Bazelyan E.M., Rayzer Yu.P. Fizika molnii i molniezashchity (Physics of Lightning and Lightning Protection). M.: Fizmatlit, 2001, 320 p.
13. GOST 35053-2023. Magistral’nyy truboprovodnyy transport nefti i nefteproduktov. Obespechenie zashchity ot molnii i staticheskogo elektrichestva (Main Pipeline Transportation of Oil and Petroleum Products. Providing Protection Against Lightning and Static Electricity). M.: Rossiyskiy institut standartizatsii, 2024, 27 p.
14. IEC 62305-3(2024). Protection Against Lightning – Part 3: Physical Damage to Structures and Life Hazard. 2024, 280 p.
15. Bazelyan E.M. I Rossiyskaya konferentsiya po molniezashchite – in Russ. (1st Russian Lightning Protection Conference), 2007, pp. 129–139.
16. Tehnicheskiy tsirkulyar № 25/2009. Ob ispol’zovanii spetsializirovannogo programmnogo obespecheniya dlya rascheta effektivnosti zashchitnogo deystviya molnieotvodov (Technical Circular No. 25/2009. On the Use of Specialized Software for Calculating the Effectiveness of the Protective Action of Lightning Rods). M.: Assotsiatsiya "Roselektromontazh", 2009.
17. Shishigin S.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2004, No. 3, pp. 53–58.
18. Programma «ZUM» (The ZYM program) [Electron. resource], URL: https://zym-emc.ru/zymprogram.html (Date of appeal 03.12.24)
Published
2024-12-23
Issue
Section
Article
