Удар молнии способен привести к разрушению промышленных и жилых сооружений, пожару, взрыву, выходу из строя линий электропередач (ЛЭП), электроустановок и средств информационно - коммуникационных технологий (ИКТ), а также опасен для людей и животных. Особенно опасна эта природная стихия для так называемых критически важных объектов. Поэтому в качестве средств защиты объектов и строений необходим целый комплекс мер, причем как организационного, так и научно-технического характера. Эта совокупность мер и получила название - молниезащита. Она служит для снижения рисков воздействия такого рода катаклизмов на промышленную и гражданскую инфраструктуру.

От степени пожароопасности (или от риска взрыва) здания или строения зависит уровень тяжести последствий от удара молнии. Дополнительно надо учесть возможность искрений в перекрытиях, которые могут быть вызваны сопутствующими молнии воздействиями. К примеру, на производствах, на которых используется открытый огонь и протекают процессы горения, применяются, как правило, несгораемые конструкции. В таком случае, протекание тока молнии не вызывает большой опасности. А вот если в цехах находятся взрывоопасные вещества, то возникает повышенный риск человеческих жертв и огромных материальных убытков. Для специалиста налицо огромный разброс технологических условий для разного рода зданий, объектов и организаций. И в таком случае, предъявить для всех этих объектов одинаковые требования к молниезащите означает либо вложить лишние финансовые средства в проектирование систем защиты, либо же смириться с неизбежностью больших рисков и ущерба, вызванного негативными последствиями ударов молнии. При проектировании систем молниезащиты необходимо учесть и метеорологическую обстановку в данном регионе. Например, статистика гроз в Норильске будет отличаться от статистики гроз в Сочи. Поэтому международные нормативные документы предписывают проектировщикам произвести расчет рисков и потенциального ущерба от воздействия молний. В результате этих причин, здания и строения стали подразделять на классы (уровни защиты), которые различаются по степени тяжести возможного ущерба от поражения молнией. А такой фактор, как активность гроз и молний в соответствующей географической точке, где расположен защищаемый объект, определяет категорию молниезащиты.

Нормативная правовая и технологическая база классификации защищаемых объектов

Международная практика по созданию правовых нормативных документов в области молниезащиты и электробезопасности предусматривает разработку следующих материалов: технические регламенты (ТР), технические кодексы устоявшейся практики (ТКП), международные стандарты (ИСО/МЭК), национальные стандарты (ГОСТ), ведомственные инструкции и руководящие документы (РД).

В области молниезащиты и электробезопасности объектов промышленного и гражданского назначения наиболее часто используемыми при проектировании, монтаже и сертификации (категорировании) нормативными материалами являются следующие:

• "Инструкции по молниезащите зданий и сооружений" (РД 34.21.122-87);
• "Инструкции по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" (СО-153-34.21.122-2003);
• ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы;
• ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска;
• МЭК 62305-3-2010. Защита от атмосферного электричества. Часть 3. Физические повреждения зданий, сооружений и опасность для жизни;
• МЭК 62305-4:2010 Защита от молнии. Часть 4. Электрические и электронные системы в зданиях (сооружениях);
• Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-ое издание (утв. приказом Минэнерго РФ от 8 июля 2002 г. N 204) .

Классы и уровни молниезащиты строений и объектов промышленных и гражданских объектов

В соответствие с вышеизложенными обстоятельствами давайте проанализируем выше упомянутые нормативные документы на предмет классификации и категорирования защищаемых объектов.

"Инструкция по молниезащите зданий и сооружений" (РД 34.21.122-87)

Является самым старым, в хронологическом плане, нормативным документом времён СССР (в дальнейшем будем коротко называть его РД). Это документ прямого действия, он имел исключительную юридическую силу, и все организации были обязаны его применять вне зависимости от их ведомственной принадлежности. Согласно данной инструкции деление зданий и сооружений их целевому назначению и типу молниезащитных систем проводилось по трём категориям, которые подразделялись ещё на классы взрывоопасных и пожароопасных зон, определённых в ПУЭ, а также по типу зоны защиты, которой приписывается определенная надежность

— 0,995 для зоны А и 0,95 для зоны Б.

1. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, которые относятся по устройству молниезащиты к I категории (согласно РД), обычно реализуется с помощью отдельно стоящих стержневых или тросовых молниеотводов.

С помощью таких молниеотводов обеспечивается зона защиты типа А (см. РД, приложение 3). Элементы молниеотводов должны быть удалены от защищаемого объекта, а также от подземных металлических коммуникаций. Можно выбрать естественный или искусственный заземлитель (см. п.1.8. РД).

Конструкции заземлителей, допустимые для отдельно стоящих молниеотводов:

1. а) железобетонный подножник (один или несколько), его длина не менее 2 м или же железобетонная свая (может быть несколько), ее длина не менее 5 м;
2. б) стойка железобетонной опоры (диаметр не менее чем 0,25 м, заглублена в землю не менее чем на 5 м);
3. в) железобетонный фундамент произвольной формы (площадь поверхности контакта с землей не менее 10 м2);
4. г) искусственный заземлитель может состоять из 3-х вертикальных электродов и более длиной не менее 3 м, которые объединены горизонтальным электродом, расстояние между этими вертикальными электродами не менее 5 м.

Защита от заноса высокого потенциала выполняется согласно п.2.2., 1.8. РД.

1. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, которые относятся по устройству молниезащиты к II категории (согласно РД), обычно реализуется таким образом: устанавливаются отдельно стоящие стержневые или тросовые молниеотводы.

Или же они устанавливаются прямо на защищаемом объекте. Они обеспечивают зону защиты в соответствии с требованиями РД (см. табл. 1, п. 2.6 и приложение 3.) При установке молниеотводов на защищаемом объекте от каждого стержневого молниеприемника или каждой стойки тросового молниеприемника должно быть проведено не менее 2-х токоотводов. Когда уклон кровли здания не более 1:8 можно применить молниеприемную сетку. Установка молниеприемников или наложение молниеприемной сетки не обязательно для строений с металлическими фермами, если выполняются условия, при которых в их кровлях используются несгораемые или трудносгораемые утеплители и гидроизоляция.

На зданиях с металлической кровлей в качестве молниеприемника должна использоваться сама кровля.

Токоотводы от металлической кровли или молниеприемной сетки прокладываются к заземлителям не реже чем через 25 м по периметру здания.

При удельном сопротивлении грунта менее 500 Ом*м и площади здания более 250 кв. м. , а также в грунте с удельным сопротивлением от 500 до 1000 Ом*м при площади здания более 900 кв.м. выполняется горизонтальный контур вокруг здания на глубине 0,5 м. В первом случае, если площадь здания менее 250 кв.м., в месте соединения токоотвода приваривается по одному вертикальному или горизонтальному лучевому электроду длиной 2-3 метра, а во втором случае при площади менее 900 кв.м. приваривается не менее двух электродов.

1. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к III категории, должна выполняться одним из способов, указанных в РД (см.п.2.11, соблюдая также п. 2.12. и 2.14. РД), например, с помощью прокладки моолниеприёмной сетки. При прокладке такой сетки в качестве токоотводов используются металлические конструкции зданий.

Во всех возможных случаях для объектов III категории в качестве заземлителей для защиты от прямых ударов молнии рекомендуется применять железобетонные фундаменты самих зданий. Если же нет такой возможности, то вполне применимы и искусственные заземлители. Искусственный заземлитель обычно изготовлен из двух и более вертикальных электродов длиной не менее 3 м, которые объединены горизонтальным электродом длиной не менее 5 м.

Если же рекомендовано использовать в качестве молниеприемников сетки или металлической кровли, то по всему периметру здания в земле на глубине не менее 0,5 м прокладывают наружный контур, который изготовлен из горизонтальных электродов. В зданиях, площадь которых более 100 м, наружный контур заземления может быть использован для выравнивания потенциалов внутри здания (п.1.9. РД). Заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки (п.1.7 ПУЭ).

Для защиты от заноса высокого потенциала по внешним наземным (надземным) металлическим коммуникациям их необходимо на вводе в здание или сооружение присоединить к заземлителю защиты от прямых ударов молний.

"Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" (СО 153-34.21.122-2003)

Далее СО, документ, носящий рекомендательный характер, пришедший на смену РД, но его не отменивший, не внёс определённости в область классификации и категорирования объектов защиты от воздействия атмосферного электричества. Во-первых, он не преемственен с предыдущим нормативным документом - РД, а во-вторых анонсированные справочные и руководящие материалы в качестве приложений к СО так и не вышли. В итоге Ростехнадзор в своём разъяснении о совместном применении РД и СО №10-03-04 / 182 от 01. 12. 2004 разрешил совместное (комбинированное) применение двух инструкций, что окончательно запутало и так не простую ситуацию с правоприменительной базой в области молниезащиты строений и сооружений промышленного и гражданского назначения. Так в чём же особенности этого документа? Во-первых, в отличие, от РД, в котором предусматривалось 3 категории объектов, выделенных по уровню их защищённости от воздействия молнии, в СО вводится уже 4 класса объектов по параметрам молниезащитных систем. Во-вторых, регулятор предлагает ввести классификатор по воздействиям тока молнии. Это сделано, чтобы каким-то образом нормировать средства защиты от прямых ударов молнии. В целом этот нормативный документ приближен к рекомендациям МЭК, но полного соответствия с ними не имеет, а в основном своём предназначении СО определяет надежность защиты для обычных и специальных объектов в соответствии с уровнем защиты, который устанавливается отраслевыми РД для объектов различного типа и назначения.

ГОСТ Р МЭК 62305-1,2,3,4-2010

• - серия документов МЭК, возведенных уже в ранг государственных стандартов РФ в части организации систем защиты от молний причем и для промышленных, и для гражданских сооружений. Из рабочей практики нам известно, что обеспечить абсолютную защиту от молнии невозможно. Поэтому технические руководства, которые доступны в настоящей серии стандартов, позволяют разработать эффективные cистемы молниезащиты (МЗ), обеспечивающие существенное понижение рисков (возможного ущерба) от поражения молнией до приемлемого уровня, а остаточные риски перевести в плоскость страховых случаев. С помощью данной серии стандартов стало возможно интегрировать всю совокупность мер защиты в общую систему. Также были выделены целых 2 группы критериев для проектирования и применения мер защиты:
• комплекс защитных мер, который необходим для снижения уровня повреждения объектов, а также для уменьшения угрозы опасности для жизни персонала, находящегося в здании, образует первую группу (МЭК 62305-3);
• совокупность мер защиты, которые требуются для уменьшения количества случаев выхода из строя электрических схем, которые расположены в строениях образуют вторую группу (МЭК 62305-4).

Только приняв во внимание все параметры защищаемого объекта, проектировщик выбирает соответствующие уровни защиты от молнии.

В данной серии стандартов установлены 4 класса МЗ (I - IV), а уже в соответствие им установлены уровни молниезащиты (см. МЭК 62305-1, табл. 1).

Любой класс можно описать определёнными параметрами, которые считаются либо зависящими от уровня молниезащиты или независящими:

Параметры, которые зависят от класса МЗ:

• параметры, описывающие молнию (см. МЭК 62305-1, табл. 3,4,5);
• катящаяся сфера (берется ее R), ячейка (берется ее размер), величина угла защиты (см. МЭК 62305-3, п. 5.2.2);
• расстояния между токоотводами (типичные), расстояния между кольцевыми проводниками (см. МЭК 62305-3,п. 5.3.3);
• расстояния от места опасного искрения, которые можно считать неопасными (см. МЭК 62305-3, п.6.3);
• длина заземлителей (берется минимальная величина), (см. МЭК 62305-3, п.5.4.2).

Параметры, которые не зависят от класса МЗ:

1. величина уравнивания грозовых потенциалов (см. МЭК 62305-3, п. 6.2);
2. замеряемая толщина листов из металла (минимальное значение), а также металлических труб, находящихся в молниеприемниках (см. МЭК 62305-3, п.5.2.5);
3. материалы МЗ, условия применения этих материалов (см. МЭК 62305-3, п.5.5);
4. параметры молниеприёмников (материал, из которого они сделаны, минимальные размеры, конфигурация). Здесь же рассматриваем токоотводы и заземлители (см. МЭК 62305-3, п.5.6).

Остановимся более подробно на данном пункте, т.к. его трактовка в разных нормативных документах имеет некоторые отличительные особенности.

При рассмотрении рассеивания высокочастотного тока молнии в земле и с целью минимизирования любых опасных перенапряжений конфигурация и размеры системы заземления являются важными критериями. Как правило, рекомендуется низкое сопротивление заземления (по возможности менее 10 Ом, измеренное на низкой частоте). Для молниезащиты предпочтительнее использовать встроенный в здание и пригодный для всех целей отдельный заземлитель (например, для молниезащиты, систем электропередачи и связи).

Системы заземления должны соединяться в соответствии с требованиями МЭК 62305-3, п. 6.2. Используют два основных конструктивных типа (А и В) размещения заземляющих электродов.

Расположение типа А: Данный тип размещения включает горизонтальные или вертикальные электроды, установленные за пределами защищаемого здания и присоединенные к каждому токоотводу. В расположении типа А общее количество используемых заземляющих электродов должно быть не менее двух.

Расположение типа В: Данный тип расположения включает либо кольцевой проводник, находящийся за пределами защищаемого здания, соприкасающийся с почвой на 80 % своей полной длины, либо заземляющий электрод в фундаменте. Эти заземляющие электроды также могут быть сетчатыми. Расположение заземления типа B рекомендуется использовать для зданий с электронными системами, т.к. оно позволяет снизить влияние помех и перенапряжений. Параметры заземляющих электродов определены в МЭК 62305-3, п. 5.4.2.2.

Тем не менее, исходя из общего совокупного анализа действующих нормативных документов, можно построить условную классификацию объектов молниезащиты по уровням МЗ.

Объект I-го класса МЗ

Объект: специальный (критически важный), опасный для окружающей среды, жизнедеятельности человека и животных. Тип объекта: химическое и нефтехимическое производство, биохимические и бактериологические концерны, производство взрывчатки, атомные электростанции и др.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии - 0,98 (для отдельной категории объектов зоны А может устанавливаться более высокий уровень 0,995). Возникающие негативные последствия от удара молнии: пожар, взрыв, выбросы токсичных веществ, повышенная радиация на значительной территории и пр. Крайний случай - экологическая катастрофа с непоправимыми материальными и человеческими жертвами.

Объект II-го класса МЗ

Здесь описаны типы специальных объектов, представляющих опасность для непосредственного окружения.

Тип объекта: нефтепереработка, АЗС, мукомольные, деревообрабатывающие фабрики, производство пластмассовых изделий и пр.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии - 0,95 (для отдельной категории объектов зоны Б может устанавливаться более высокий уровень).

Возникающие негативные последствия от удара молнии: пожары, взрывы внутри помещения и на прилегающей территории. Вероятны сопутствующие разрушения стен и перекрытий, а также сильные травмы и даже гибель сотрудников и посетителей. В этом случае фиксируются значительные финансовые потери.

Объект III-го класса МЗ

Объект: специальный, критическая инфраструктура.

Тип объекта: предприятия связи и ИКТ, трубопроводный транспорт, ЛЭП, оборудование централизованного отопления, транспортная инфраструктура и др.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии - 0,9.

Возникающие негативные последствия от удара молнии: прерывание связи, частичная или полная потеря управления, перебои с водоснабжением и отоплением, временное снижение качества жизни, материальные потери.

Объект IV-го класса МЗ

Объект: общий, промышленные и гражданские сооружения и сопутствующая инфраструктура.

Тип объекта: жилые дома, производственные сооружения (высотой не более 60 м.), дома и коттеджи в селах, объекты социально-культурного назначения, учреждения образования, больницы, а также музеи, храмы, церкви и др.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии - 0,8. Возникающие негативные последствия от удара молнии: сильные пожары, разрушения зданий, нарушения работы транспорта, прерывание систем коммуникаций, возможная утрата исторического и культурного наследия. Значительные материальные и финансовые потери. Вероятны человеческие жертвы. Как следует из приведенной системы классификации, любой класс МЗ имеет отличия от другого класса по характеристикам (назначению) объекта и параметрам молниезащиты, а также типом заземляющего устройства, конструкция которого определяется назначением и размещением сооружения.

Заключение

Рассмотрев в этом аналитическом обзоре проблемы молниезащиты объектов промышленного и гражданского назначения и соответствующей инфраструктуры, можно констатировать, что вопросы защиты от воздействия атмосферного электричества в плане регулирования и применения правовой нормативной технической базы в РФ определяются достаточно широким спектром действующих нормативных документов, а именно: СО, РД, ГОСТы и пр. Использование сочетания положений этих документов, позволит построить полноценную систему молниезащиты для объектов всех классов и категорий. Можно выделить 2 подхода к проектированию молниезащиты. Первый - построение молниезащиты в соответствии с категориями РД. Второй - обеспечение требуемой надежности защиты, руководствуясь СО и отраслевыми стандартами. Выбор нормативных документов зависит от сферы, в которой производится проектирование и наполненности предметной области внутренними документами. В основном, отраслевые нормативы содержат модернизированные требования СО и РД, так что можно сказать, что эти документы по-прежнему остаются определяющими в силу традиций многолетнего опыта использования. ГОСТы и стандарты МЭК используются как ссылочные, а также к ним прибегают в случае неполноты или отсутствия некоторых параметров МЗ в РД или СО.

Требуется консультация по организации заземления и молниезащиты для вашего объекта? Обратитесь в

Необходимость обустройства качественных систем молниезащиты жилых и промышленных зданий особенно остро возникла в начале прошлого столетия во времена всеобщей индустриализации и электрификации, актуальна она и в настоящее время. Сегодня ежедневно на планете Земля наблюдается около 44-45 тысяч гроз, которые могут привести к выходу электроприборов из строя, повреждению целостности зданий и построек, пожарам и гибели людей.

Для создания работоспособных, эффективных и оптимальных для каждого объекта систем разработаны общепризнанные нормативы проектирования и организации молниезащиты. Существуют международные и отечественные стандарты и правила. Кроме того, в России различают отраслевые и корпоративные стандарты (например, Газпрома, МОЭК и т.п.). В основу всех норм, регламентирующих проектирование молниезащиты, положен многолетний опыт человечества по организации электробезопасности жилых домов и промышленных предприятий, а также особенности современных построек

Российские нормативы в области молниезащиты

Создание отечественной нормативной базы по проектированию комплекса мер для обеспечения молниезащиты берет начало в 30-х годах минувшего века. Первоначально были разработаны требования и правила для производственных зданий и сооружений, а также линий электропередач. В 50-х годах прошлого столетия эти требования начали использоваться для частных домов. Позже с учетом многолетних наблюдений и исследований электромагнитной обстановки во время удара молнии на территории бывших союзных республик Министерство энергетики СССР ввело Инструкцию по обустройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87. Эта инструкция, как наследие, действует до сих пор. Однако она давно устарела, поэтому для создания современных систем громоотводов пользуются международными стандартами, установленными Международной электротехнической комиссией (МЭК) и российскими инструкциями более поздних редакций.

В России специалисты и сейчас для создания ряда мер молниезащиты ориентируются на требования и нормы, изложенные в советской инструкции РД 34.21.122-87 (скачать в pdf>> ). Данный норматив является первичным документом, на который опираются профессионалы при выборе схемы конструкции громоотводов на этапе проектирования зданий и сооружений. Она дает толкование всех важных терминов и понятий, описывает требования к органзации защиты от молний и к конструкциям громоотводов, а также расчет молниеотводов. Именно она классифицирует здания и позволяет определить необходимый уровень защиты. К недостатком РД 34.21.122-87относят отсутствие описаний нормативов по организации молниезащиты для склада взрывчатых веществ и пороха, а также в ней нет рекомендаций по выбору материалов для заземлений и т.д. Дополнить и обновить положения советского документа попытались в «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» СО-153-34.21.122-2003 (скачать в pdf>> ). Она включает нормы грозозащиты в коммуникациях.

Седьмая редакция ПУЭ (Правила устройства электроустановок 7-е издание, Главы 2.4, 2.5, 4.2) разработана с учетом всех видов и типов электрического оснащения и агрегатов. В этом издании собраны все базовые требования электробезопасности и заземления, используемые при обустройстве защиты от удара молнией промышленных и бытовых объектов. Подвести российские стандарты к мировым требованиям IEC в декабре 2011 года позволили первая и вторая часть ГОСТа Р МЭК 62305-1-2010 «Защита от молнии» , а также ГОСТ Р 50571-4-44-2011 «2011 Электроустановки низковольтные. Требования по обеспечению безопасности. Защита от скачков напряжения и электромагнитных помех» (действует с 01.07.2012). Этот документ регламентирует основные нормы по организации безопасности низковольтных установок при появлении отклонений напряжения и электромагнитных помех. Этот стандарт не действует на системы распределения электричества населению, на промышленные объекты и на системы для генерирования и выдачи электроэнергии для них.

Требования к механизмам защиты электрических сетей и электрооборудования при прямом или косвенном влиянии грозовых или иных переходных перегрузок для коммутации к силовым цепям переменного тока (частотой 50 - 60 Гц), постоянного тока и к оснащению с номинальным напряжением до 1000 В (действующее значение) или 1500 В постоянного тока подробно изложены в ГОСТе Р 51992-2011 (МЭК 61643-1-2005) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний» (с 01.07.2012).

Принципы подбора, монтирования и координации устройств грозозащиты от импульсных перенапряжений, предназначенных для подсоединения к силовым цепям переменного тока (частотой 50-60 Гц) или постоянного тока и к оборудованию на номинальное напряжение до 1000 В (действующее значение) переменного тока или 1500 В постоянного тока описаны в ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 «Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и использования» (с 01.01.2013).

Все основные требования при прямом или косвенном воздействии грозовых или прочих переходных перенапряжений к устройствам для защиты телекоммуникационных и сигнализационных сетей с обозначенными напряжениями системы до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока регламентируются ГОСТом Р 54986-2012 (МЭК 61643-21: 2009) «Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 21. УЗИП для систем телекоммуникации и сигнализации (информационных систем). Требования к работоспособности и методы испытаний» (с 01.07.2013).

Группа стандартов МЭК (IEC) и их связь

Развитие науки и электротехники не стоит на месте. Наиболее полно, детально и качественно современные мероприятия по грозозащите отображены во всемирных нормативах МЭК «Защита от воздействия молнии МЭК 62305:2010».

Стандарт «Защита от воздействия молнии МЭК 62305:2010» определяет базовые правила защиты от порчи молнией любых построек, живущих в них животных и людей, разных инженерных коммуникаций и систем и иных конструкций относящихся к ним, кроме железнодорожной системы, автотранспорта, воздушных и водных транспортных средств, подземных трубопроводов повышенного давления и т.п.

Нормативы МЭК включают стандарт, определяющий общие положения и описывающий потенциально возможные последствия и опасность молний 62305-1. Потребность организации защиты определяется в соответствии с системой расчета риска и с учетом материального эффекта от установки мер защиты от ударов молнии описывает стандарт 62305-2. Третья часть МЭК 62305:2010 посвящена описанию мер безопасности, требуемых для снижения показателей аварий в постройках и сведения к минимуму уровня опасности для жизни и здоровья людей, находящихся внутри. В четвертой части данного стандарта описан комплекс мер для понижения числа отказов электросистем, приборов и устройств внутри зданий.

Взаимосвязь группы правил МЭК 62305:2010 определяется уровнем опасности поражения молнией объекта и риском возникновения возможных повреждений. При повышенном риске прямого попадания молнии и необходимости обустройства внешней защиты от прямых ее ударов в строения пользуются требованиями стандарта 62305-3:2010. При повышенной опасности поражения электрооборудования и порчи электросетей от вторичного воздействия молнии актуален стандарт 62305-4:2010.

Сравнение отечественных стандартов и МЭК

Современные специалисты, занимающиеся вопросами проектировки и создания молниезащиты современных построек любого назначения, отмечают, что требования МЭК гораздо строже в сравнении с инструкцией советских времен и даже более поздними российскими изданиями ГОСТов. Как правило, если российские Инструкции не дают полный объем необходимой информации для правильного и эффективного создания защиты от молний, профессионалы используют признанные в мире стандарты МЭК.

Наиболее ярким отличием, например инструкции РД 34.21.122-87 от норм IEC при создании внешней защиты является, отсутствие подробного описания организации молниеприемной сети для сложных рельефных крыш, а также отсутствие рекомендаций по рекомендуемым к использованию материалов для заземлений и т.д. При обустройстве внутренней системы защиты стандарты МЭК детально описывают применение разрядников без искровых промежутков для предотвращения пожаров, выхода из строя бытовой техники, промышленного оборудования и внутренних сетей.

Нормативные требования к молниезащите

Еще раз коротко самое главное о стандартизации.

Состав системы молниезащиты по стандартам IEC (МЭК)

Кратко о том, что входит в состав комплекса мероприятий по защите от молний и гроз по мнению Международной электротехнической комиссии, а также взаимосвязанные решения в области внешней и внутренней молниезащиты.

Требования к элементам внешней молниезащиты

Какие испытания проходят элементы молниеприемные системы, соединительные компоненты, проводники, заземляющие электроды? Описание методик проверки, имитирующих воздействие естественных атмосферных условий и воздействие коррозии на компоненты.

Расчет стоимости

Наши объекты

Здание Военторга на Воздвиженке, г. Москва

Адрес объекта: г. Москва, ул. Воздвиженка, 10.

Вид работ: Монтаж системы внешней молниезащиты здания.

Комплектующие: производства компании Dehn+Sohne Gmbh.

Элементы комплекта: стальной оцинкованный проводник Rd8; хомут-держатель Rd8-10 трубный 17.2 мм с клеммой, СГЦ/V2A; соединитель клеммный Rd8-10, СГЦ; соединитель универсальный Rd8-10 / Rd8-10, СГЦ; молниеприемный стержень Rd16 L=2.000 мм, алюминий; клемма-держатель фальцевая вертикальная, СГЦ; фальцевая клемма Rd8-10, СГЦ; соединитель промежуточный Rd8-10 / Fl30-Rd16, СГЦ; стальной хомут крепления ленты; лента из нержавеющей стали V2A; держатель Rd16 c М8.

ГТЭС Терешково

Адрес объекта: г. Москва. Боровское ш., коммунальная зона «Терешково».

Вид работ: монтаж системы внешней молниезащиты (молниеприемная часть и токоотводы).

Комплектующие:

Исполнение: Общее количество проводника из стали горячего цинкования для 13 сооружений в составе объекта составило 21.5000 метров. По кровлям прокладывается молниеприемная сетка с шагом ячейки 5х5 м, по углам зданий монтируются по 2 токоотвода. В качестве элементов крепления использованы стеновые держатели, промежуточные соединители, держатели для плоской кровли с бетоном, скоростные соединительные клеммы.


Солнечногорский завод "ЕВРОПЛАСТ"

Адрес объекта: Московская обл., Солнечногорский район, дер. Радумля.

Вид работ: Проектирование системы молниезащиты промышленного здания.

Комплектующие: производства фирмы OBO Bettermann.

Выбор системы молниезащиты: Молниезащиту всего здания выполнить по III категории в виде молниеприемной сетки из горячеоцинкованного проводника Rd8 с шагом ячейки 12х12 м. Молниеприемный проводник уложить поверх кровельного покрытия на держатели для мягкой кровли из пластика с бетонным утяжелением. Обеспечить дополнительную защиту оборудования на нижнем уровне кровли установкой многократного стержневого молниеотвода, состоящего из стержневых молниеприемников. В качестве молниеприемника использовать стальной горячеоцинкованный прут Rd16 длиной 2000 мм.

Московский международный Дом Музыки

Адрес объекта: г. Москва, Космодамианская наб., д. 52, стр. 8

Вид работ: монтаж системы обогрева лотка поверхностного водосбора и участков сливов на балконах 2-го и 3-го этажей

Нагревательный элемент: саморегулирующийся нагревательный кабель Thermon RGS-2-60-PU.

Производимые работы: Ревизия электрической системы водостоков: замер сопротивления изоляции силовых и нагревательных кабелей; проверка состояния распределительных коробок; проверка работоспособности шкафов управления. Изготовление и монтаж электрической системы обогрева: применялись регуляторы ETR и ETV фирмы OJ, автоматические выключатели и контакторы ABB, кабель нагревательный саморегулирующийся Thermon.

Адрес объекта: Московская обл., поселок Икша

Вид работ: Проектирование и монтаж систем внешней молниезащиты, заземления и уравнивания потенциалов.

Комплектующие: B-S-Technic, Citel.

Внешняя молниезащита: молниеприемные стержни из меди, медный проводник общей длиной 250 м, кровельные и фасадные держатели, соединительные элементы.

Внутренняя молниезащита: Разрядник DUT250VG-300/G TNC, производство CITEL GmbH.

Заземление: стержни заземления из оцинкованной стали Rd20 12 шт. с наконечниками, стальная полоса Fl30 общей длиной 65 м, крестовые соединители.


Административно-офисное здание, г. Москва.

Адрес объекта: г. Москва, Борисоглебский переулок.

Вид работ: изготовление и монтаж системы внешней, внутренней молниезащиты и заземления.

Комплектующие: DEHN+SOHNE Gmbh, J. Propster.

Система внешней молниезащиты: комбинированная в виде молниеприемной сетки из медного проводника Rd8 с шагом ячейки 10х10 м и двух стержневых алюминиевых молниеприемников Rd16 длиной 2,5 м; молниеприемный проводник уложен на держатели для мягкой кровли из пластика с бетонным утяжелением. В качестве элементов крепления и соединения использованы биметаллические универсальные соединители Cu/Al Rd8-10/Rd8-10 и стеновые держатели из меди Rd8-10.

Внутренняя молниезащита: 4-х полюсный разрядник перенапряжения компании J. Propster, тип сети TNS, 12.5 кА.

Заземление: выполнено в виде отдельных очагов с применением глубинных заземлителей из оцинкованной стали Rd20, полосы заземления сечением 40х4 мм, соединителей Rd20хFl40/Rd8-10 и изолированного проводника Rd10/13.


Территория "Ногинск-Технопарк", производственно-складской корпус с офисно-бытовым блоком

Адрес объекта: Московская обл., Ногинский район.

Вид работ: производство и монтаж системы внешней молниезащиты и заземления.

Комплектующие: J. Propster.

Внешняя молниезащита: На плоской кровле защищаемого здания уложена молниеприемная сетка с шагом ячейки 10 х10 м. Зенитные фонари защищены посредством установки на них молниеприемных стержней длиной 2000 мм и диаметром 16 мм в количестве девяти штук.

Токоотводы: Проложены в «пироге» фасадов здания в количестве 16 штук. Для токоотводов использован проводник из оцинкованной стали в ПВХ-оболочке диаметром 10 мм.

Заземление: Выполнено в виде кольцевого контура c горизонтальным заземлителем в виде оцинкованной полосы 40х4 мм и глубинными стерженями заземления Rd20 длиной L 2х1500 мм.

5.3. Категории устройств молниезащиты. Типы зон молниезащиты

Различают три категории устройств молниезащиты зданий и сооружений (с I по III). Присвоение той или иной категории зависит от класса взрывоопасности объекта (В – I; В – Iа; В – Iб; В – Iг; В – II;

В – IIа) или его пожароопасности (П – I; П – II; П – IIа; П-III) согласно ПУЭ.

Здания и сооружения I и II категории должны быть защищены от всех поражающих факторов молнии.

Здания и сооружения III категории должны быть защищены от прямого удара молнии и от заноса высоких потенциалов.

Зона защиты молниеотвода – это часть пространства внутри которого здание и сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью вероятности. Различают 2 зоны защиты типа:

А – защищает объект с вероятностью 99,5%;

Б – защищает объект с вероятностью 95%.

Та или иная зона защиты выбирается в зависимости от категории устройства молниезащиты (I, II, III) и от ожидаемого количества поражений молнией объекта в год необорудованного молниезащитой N :

N = (S + 6h )·(L + 6h )·n ·10 -6 (5.1)

где S и L – соответственно ширина и длина защищаемого объекта, имеющего в плане прямоугольную форму, м;

h – наибольшая высота объекта, м;

n – среднегодовое число ударов молний в 1 км 2 земной поверхности в месте расположения объекта.

5.4. Защита зданий и сооружений от поражающих факторов молний

От прямых ударов.

Для приема электрического разряда молнии и отвода ее тока в землю применяют устройства называемые молниеотво-дами (рис. 5.1). Молниеотвод состоит из несущей части – опоры 1 (которой может служить само здание или сооружение), молниеприемника 2, токоотвода 3 и заземлителя 4.

Наиболее распространены стержневые и тросовые молниеотводы. В качестве молние-

приемников нередко используют металлические Р и с. 5.1. Молниеотвод

кровли зданий, металлическую сетку уложенную на крышу здания и т.п.

Зона защиты молниеотвода зависит от его типа.

Защита от прямых ударов молнии ВЛ осуществляется грозозащитными тросами.

От проявления электростатической индукции.

Защита обеспечивается путем присоединения всего оборудования, находящегося в зданиях и сооружениях, к заземлению.

От действия электромагнитной индукции.

Осуществляется путем устройства через каждые 25-30м металлических перемычек между трубопроводами, другими протяженными металлическими объектами (кабели, эстакады) расположенными друг от друга на расстоянии 10 см и менее.

IV. От заноса высоких электрических потенциалов.

По коммуникациям:

Осуществляется путем подсоединения входящих в здание коммуникаций (например, трубопроводы) к заземлителю.

Ввод в здание электрических сетей напряжением до 1кВ следует выполнять только кабелем, при этом металлическая оболочка кабеля у ввода в здание должна присоединяться к заземлителю.

Для защиты от заноса высоких потенциалов по ВЛ напряжением выше 1 кВ применяют защиту подходов этих ВЛ к объекту грозозащитными тросами и устанавливают разрядники или ограничители перенапряжений (ОПН) на опорах.

5.5. Статическое электричество и защита от него

При трении диэлектрических материалов (нефтепродукты, пластмасса, текстиль, бумага и т.д.) нередко наблюдается явление электризации тел – статическое электричество (переливание нефтепродуктов, пересыпание сыпучих материалов, размельчение).

Электризация материалов может привести:

к искрообразованию между изолированными от земли материалами (объектами), что может вызвать пожар или взрыв (потенциалы могут достигать нескольких десятков киловольт - 45 кВ);

к искрообразованию между человеком и заземленным оборудованием (или наоборот), что может стать причиной непроизвольного резкого движения в результате которого человек может получить травму (падение, ушиб и др.).

Защита от статического электричества осуществляется:

заземлением оборудования;

увеличением поверхностной и объемной электрической проводимости диэлектриков (введение антистатических присадок, повышение влажности воздуха – при 85% влажности и выше зарядов статического электричества практически не возникает);

нейтрализация электрических зарядов путем ионизации воздуха.

Молнии – это концентрированный электрический ток, который испускается грозовым облаком, образующимся при повышенной влажности воздуха и резком изменении температуры. Молнии способны преодолевать огромные расстояния. Прямое попадание грозового разряда в объект обеспечивает нагрев до сверхвысоких температур с последующим плавлением и даже испарением. В конструкциях за счет резкого возрастания электродинамического напряжения могут происходить взрывы. Имеется и последующее негативное влияние молниевого разряда: спровоцированное ударом магнитное поле порождает электродвижущую силу на замкнутых контурах из металлических конструкций, которая, в свою очередь, может вызвать искры и сильный нагрев, вывести из строя электроустановки и стать причиной для электроударов и прочих несчастных случаев с людьми. Для предотвращения негативных последствий от ударов молнии необходимо предусмотреть устройство молниезащиты.

Что такое молниезащита зданий и сооружений

Коротко это комплекс действий и мероприятий, а также различные защитные приспособления для предотвращения аварий и возгораний в зданиях и сооружениях жилого и промышленного назначения при попадании в них молний.

Мероприятия по молниезащите подразделяются на внешние и внутренние. Внешняя защита состоит из устройств, которые перехватывают электрозаряд от молнии и направляют его в землю по специальным токоотводным каналам. Такие конструкции, смонтированные в соответствии с обязательными техническими правилами по молниезащите, надежно предохраняют строения и людей внутри них от поражения.

Внешние мероприятия по молниезащите зданий и сооружений делятся на активные и пассивные.

Пассивная защита представлена в следующих вариантах :

• молниеприемная сетка из стальных прутков или катанки, ее применение разрешают все нормативы по молниезащите, хотя при малых превышениях сетка не в состоянии защитить поверхность кровли достаточно надежно;

• металлические прутья (от одного до нескольких штук) для приема разрядов молний, специальный кабель связывает их и заземляющие контуры- молниеотводы;
• молниепринимающие металлические тросы.

Все приспособления внешней молниезащиты имеют один стандарт и состоят из трех основных частей: перехватчика электроразряда из грозового облака – молниеприёмника; конструктивной части, проводящей электричество на заземлители, и заземляющего элемента, который выводит молниевый заряд в почву.

Внутренний комплекс мероприятий по молниезащите направлен на предотвращение вреда, который может получить электрооборудование от резкого скачка напряжения в сети в результате удара молнии. Исполнение внутренней молниезащиты представлено двумя типами: 1 – противостояние прямому удару молнии, 2 – противостояние непрямому удару, прошедшему вблизи зданий/сооружений.

Со вторичным воздействием молниевого разряда в виде высоких потенциалов внутри строений борются с помощью грамотной организации заземления. Электромагнитную индукцию в длинных железных конструкциях снимают с помощью установки перемычек из металла. Занос высоких электропотенциалов через вводы для коммуникаций предотвращают вентильными разрядниками и специальными искровыми прерывателями, которые срабатывают при резком скачке напряжения.

Также проблема решается запрещением ввода воздушных линий для некоторых категорий сооружений и заменой их подземными кабельными вводами.

Принципы действия молниеотводов

Работа этих устройств базируется на том, что молнии всегда бьют в наиболее высокие и выделяющиеся металлические части. Все молниеотводы имеют свою защитную зону – это территория, которая защищена от прямого попадания молнии. При приближении разряда самая первая молния поражает самую высокую точку здания или сооружения, а защита отводит электрическую энергию в почву, а сам охраняемый объект не затрагивается. В случае, когда размеры сооружения превышают размеры охранной зоны одного молниеотвода, устанавливают дополнительные устройства такого типа (три-четыре взаимосвязанных стержневых устройства, имеющих общее заземление).

Надежность защитных зон, которые обеспечивают молниеотводы, по ГОСТ подразделяется на типы: «А» – степень надежности приближена к ста процентам (99,5) и «Б» – степень защищенности от 95 процентов. Сама защитная зона имеет конусообразную форму, ее высота и площадь основания определяются габаритами здания. Самая большая высота громоотводов, которую допускают строительные нормы, составляет 150 метров.

Устройство молниеотводов

Любой молниеотвод состоит из трех основных элементов: приемника молний, токоотводящих жил (обычно из меди или стали) и защемляющего контура, передающего накопленный заряд в землю на глубину от полутора до трех метров. Простейший вид такого устройства представляет собой металлическую мачту. Опорные стойки приспособлений по молниезащите имеют, как правило, исполнение в виде стальных труб одинакового диаметра, а также колонн из древесины или железобетона. Токоведущие части молниеотводящих устройств часто крепятся на конструкционные элементы самих сооружений. Молниепринимающие ловушки на молниеотводах стержневого типа состоят из стали и должны быть не менее 20 сантиметров высотой.

Тросовые молниеотводы называют еще линейными, они представляют собой проволоку, натянутую между пары железных мачт. Такое устройство позволяет собирать все попадающие в поле защиты разряды молний. Линейные громоотводы соединяются с заземляющим контуром кабелем большого диаметра из меди или же простой металлической арматурой.

На высотных зданиях часто монтируют металлический или железобетонный каркас в качестве токоотвода.

Обратите внимание! Необходимо обязательно устанавливать надежное соединение (предусмотренное снип) для всех элементов каркаса. Также токоотводами могут служить балконные перила, лестницы для экстренной эвакуации и другие элементы конструкции из металла. Токоотводящие жилы крепятся к стеновым поверхностям сооружений с помощью пластиковых клипс, также можно использовать кабель канал, который поможет увеличить срок службы молниепровода. Планируя строительство, следует предусмотреть наличие заземляющих контуров с шагом 20-30 метров по всему периметру здания.

Классификация объектов, подлежащих защите

Согласно нормам гост, здания и сооружения, которые необходимо охранять от попадания молний, делятся по степени опасности на обыкновенные и спецобъекты. Обычными объектами считаются строения жилого и административного назначения для торговых, промышленных и сельскохозяйственных целей, высота которых не превышает 60 метров. К спецобъектам инструкцией по устройству молниезащиты зданий и производственных сооружений относятся:

• потенциально опасные для окружающих людей и построек;
• опасные для окружающей среды;
• способные в случае удара молнией стать причиной радиационного, биологического или химического заражения – выбросов, превышающих санитарные нормы (как правило, это касается государственных предприятий);
• сооружения с высотой, превышающей 60 метровую отметку, времянки, площадки для игр, объекты в процессе строительства и другие.

Для таких объектов устанавливается уровень молниезащиты не ниже 0,9. Хозяин сооружения или заказчик стройки может самостоятельно установить для здания повышенный класс надежности.

Обычные же объекты строительства, согласно гост, имеют четыре уровня надежности защиты от прямого удара молний:

• первый (при пиковом токе молнии 200 килоАмпер), надежность – 0,98;
• второй (ток молнии 150 килоАмпер), надежность – 0,95;
• третий (ток 100 килоАмпер), надежность – 0,9;
• четвертый (ток 100 килоАмпер), надежность – 0,8.

Категории молниезащиты

Руководящие документы (рд) выделяют три основных категории молниезащиты, определяемые средним числом и длительностью гроз в той или иной местности, местоположением здания и вероятностью поражения его молниями, наличием в строении зон пожарной и взрывной опасности.

К первой категории молниезащиты рд относят объекты промышленного производства с В-2 и В-1 категориями взрывоопасности. Вторая категория полной молниезащиты присваивается зданиям, где имеется В-2а, В-1а и В-1б классы опасности взрывов, такие площади занимают не менее 30 процентов помещений. Такой же уровень защиты от ударов молний присваивается складам ГСМ, удобрений, холодильникам с аммиаком и мукомольным заводам. Согласно рд, в производственных зданиях со 2 категорией молниезащиты необходимо заземлять все корпуса электромашин, выполненные из металла. При переходах воздушных линий в кабельные необходимо ставить разрядник перемычки на каждой фазе.

Молниезащита 3 категории устанавливается на сооружениях, имеющих 3 и 4 степень устойчивости к горению, а также при годовой длительности грозы не менее 20 часов: детские учреждения, школы, больницы, развлекательные центры, водонапорные башни, птицефабрики и животноводческие комплексы, а также отдельно стоящие жилые здания с высотой, превышающей 30 метров.

Нормативные документы по молниезащите

В силу важности защиты зданий и сооружений от попадания молний государство регулирует требования к молниезащите выпуском нормативных документов:

• технические регламенты;
• национальные стандарты – гост (например, гост Р МЭК 62305-1-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии);
• инструкции по ведомствам и местные руководящие документы – рд (например, «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений” рд 34.21.122-87);
• правила по устройству электрических установок – пуэ (в настоящее время действует редакция № 7).

Используются также международные стандарты ИСО.

Электрические разряды, накапливаемые в грозовых облаках и приносимые на поверхность земли молниями, могут нанести существенный вред зданиям, сооружениям и находящимся в них и поблизости людям и другим объектам. Для предотвращения негативных последствий применяются меры по молниезащите, в виде системы различных приспособлений и специальных мероприятий, которые минимизируют возможность электроударов, аварий и пожаров.

Видео

1. Основные определения

Молниезащита - это комплекс защитных мероприятий от молнии, обеспечивающих безопасность людей, сохранность зданий и сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний, разрушений.

Прямой удар молнии - наиболее опасный вид воздействия на здания и сооружения, сопровождающийся непосредственным контактом с ними канала молнии.

Электростатическая индукция - результат действия электрических зарядов грозовых облаков на надземные предметы, вызывающего искрения между металлическими элементами конструкций и оборудования.

Электромагнитная индукция - результат быстрых изменений тока молнии, создающих опасность искрений в местах сближения металлических контуров.

Занос высоких потенциалов - результат действия молнии на различного рода металлические коммуникации, вызывающего большие разности электрических потенциалов с заземленными металлическими частями оборудования внутри сооружения, которые приводят к искрениям.

Молниеотвод - устройство, воспринимающее молнию и отводящее ее ток

в землю. Молниеотвод состоит из несущей части или опоры, молниеприемника, токоотвода или спуска и заземлителя. Наиболее распространенные типы молниеотводов - стержневой и тросовый.

Зона защиты молниеотвода - часть пространства, которое с достаточной степенью надежности (99%) обеспечивает защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии.

2. Основные характеристики грозовой деятельности и разрядов молнии

2.1. Интенсивность грозовой деятельности

Формирование грозовой облачности и, следовательно, грозовая деятельность зависит от климатических условий и рельефа местности. Поэтому грозовая деятельность над различными участками земной поверхности неодинакова. Для расчета грозозащитных мероприятий необходимо знать конкретную величину, характеризующую грозовую деятельность в данной местности. Такой величиной является интенсивность грозовой деятельности, которую принято определять числом грозовых часов или грозовых дней в году, вычисляемым как среднеарифметическое значение за ряд лет наблюдений для определенного места земной поверхности.

Интенсивность грозовой деятельности в данном районе земной поверхности определяется также числом ударов молнии в год, приходящихся на 1 км2 земной поверхности.

Среднее число поражений молнией 1 км2 земной поверхности в год определяется в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз и приведено в табл. 2.1.1.

Таблица 2.1.1. Среднее число поражений молнией

Рис. 3.

На рисунке 3 приведена карта среднегодовой продолжительности гроз в грозо-часах на территории России, стран ближнего зарубежья и стран Бал- тии.

Ожидаемое количество поражений молнией в год зданий и сооружений высотой не более 60 м, не оборудованных молниезащитой, имеющих неизменную высоту (рис. 4а), определяется по формуле

S - ширина защищаемого здания (сооружения), м;

L - длина защищаемого здания (сооружения), м;

h x - высота здания по его боковым сторонам, м;

n - среднее число поражений молнией 1 км2 земной поверхности в год в районе строительства здания.

Формула приведена с учетом того, что число поражений молнией здания или сооружения пропорционально площади, занимаемой не только самим зданием или сооружением, но и суммой площадей проекций защитных зон, создаваемых гранями и углами кровли здания или сооружения. Если части здания имеют неодинаковую высоту (рис. 4б), то зона защиты, создаваемая высотной частью, может охватывать всю остальную часть здания. Если зона защиты высотной части не охватывает всего здания, необходимо учесть часть здания, находящуюся вне зоны защиты высотной части.

Рис. 4. Зона защиты, создаваемая сооружениями : а - здания с одной высотой; б - здания, имеющие разные высоты.

Следует отметить, что значение параметра n , входящего в расчетную формулу, может в несколько раз отличаться от значений, приведенных выше. В горных районах большая часть разрядов молнии происходит между облаками, поэтому значение n может оказаться существенно меньше. Районы, где имеются слои почвы высокой проводимости, как показывают наблюдения, избирательно поражаются разрядами молнии, поэтому значение n в этих районах может оказаться существенно выше. Избирательно могут поражаться районы с плохо проводящими грунтами, в которых проложены протяженные металлические коммуникации (кабельные линии, металлические трубопроводы). Избирательно поражаются также возвышающиеся над поверхностью земли металлические предметы (вышки, дымовые трубы).

2.2. Основные параметры тока молнии

Ток, протекающий через пораженный молнией объект, быстро изменяется во времени. Примерная форма кривой тока молнии представлена на рис. 5. Часть кривой, на которой ток нарастает, именуется фронтом импульса тока молнии. Часть кривой, на которой ток спадает, именуется спадом импульса тока молнии.

Для равнинных районов наиболее вероятны токи молнии с амплитудой до 6·10 4 А. Вероятность тока молнии (6-20)·10 4 А невелика, однако при проектировании молниезащиты ответственных объектов следует учитывать возможность появления таких токов. В горных районах амплитуда токов молнии примерно вдвое меньше, чем в равнинных районах.

Существенной характеристикой является крутизна фронта (скорость изменения) тока молнии, от которой зависит как индуктивное падение напряжения

Рис. 5.

на протяженных проводниках (молниеотводах, токоотводах, заземлителях и т.п.), через которые протекает ток, так и э.д.с., обусловленные электромагнитным полем его.

2.3. Воздействия тока молнии

При разряде молнии в объект ток оказывает тепловые, механические и электромагнитные воздействия.

Тепловые воздействия тока молнии. Протекание тока молнии через сооружения связано с выделением тепла. При этом ток молнии может вызвать нагревание токоотвода до температуры плавления или даже испарения.

Сечение проводников должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы была исключена опасность недопустимых перегревов.

Оплавление металла в месте соприкосновения канала молнии может быть значительным, если молния попадает в острый шпиль. При контакте канала молнии с металлической плоскостью происходит оплавление на достаточно большой площади, численно равной в квадратных миллиметрах значению амплитуды тока в килоамперах.

Механические воздействия токов молнии. Механические усилия, возникающие в различных частях здания и сооружениях при прохождении по ним токов молнии, могут быть весьма значительными. Достаточно сказать, что при воздействии токов молнии деревянные конструкции могут быть полностью разрушены, а кирпичные трубы и иные надземные сооружения из камня и кирпича могут иметь значительные повреждения.

При ударе молнии в бетон образуется узкий канал разряда. Значительная энергия, выделяемая в канале разряда, может вызвать разрушение, которое приведет либо к снижению механической прочности бетона, либо к деформации конструкции.

При ударе молнии в железобетон возможно разрушение бетона с деформацией стальной арматуры.

2.4. Вторичные проявления ударов молнии

Под вторичным проявлением удара молнии обычно принято понимать те явления при разрядах молнии, которые сопровождаются появлением электродвижущих сил и разностей потенциалов на различных металлических конструкциях, трубопроводах и проводах (внутри помещений или вблизи них), не подвергшихся непосредственно прямому удару молнии. Вторичные проявления обычно

разделяются на электромагнитную и электростатическую индукцию. Ко вторичным проявлениям молнии относится также появление разности потенциалов внутри зданий и сооружений вследствие заноса высоких потенциалов через подземные и наземные металлические коммуникации, трубопроводы, электрические кабели, подземные эстакады, воздушные линии связи и сигнализации, воздушные линии электропередачи, шинопроводы и т.п.).

Электромагнитная индукция. Разряд молнии сопровождается появлением в пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Магнитное поле индуктирует в контурах, образованных из различных протяженных металлических предметов (трубопроводов, электрических проводок и т.п.), электродвижущую силу, величина которой зависит от амплитуды и крутизны фронта тока молнии, размеров и конфигурации контура, в котором наводится э.д.с. В замкнутых контурах индуктированные э.д.с. вызывают появление электрических токов, нагревающих отдельные элементы контуров. Однако в силу их малой величины, токи, индуктированные э.д.с., могут образовываться внутри зданий и сооружений различными способами, например путем соединения в одну систему трубопроводов, металлоконструкций и т.д.

В незамкнутых контурах, в контурах, контакты которых недостаточно надежны в местах соединения или в местах сближения отдельных элементов контура друг с другом, возникающая э.д.с. электромагнитной индукции может вызвать искрение или сильное нагревание.

Электростатическая индукция. Под грозовым облаком в земле и во всех наземных объектах скапливаются электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку зарядам облака и зарядам, внедряемым в будущий канал молнии лидерными процессами.

Поскольку нарастание потенциалов облака происходит достаточно медленно, индуцированные заряды появляются даже на объектах, которые обладают хорошей изоляцией относительно земли (провода воздушных линий, металлические крыши деревянных зданий и т.д.).

Это объясняется тем, что всякая изоляция обладает некоторой утечкой, благодаря которой заряды, одноименные с зарядами облака, успевают стекать в землю. При этом поле зарядов облака и поле зарядов, индуктированных на объекте, обладающем некоторой утечкой, накладываются таким образом, что разность потенциалов между объектами и землей мала. Длительность грозового разряда, в результате которого нейтрализуется большая часть заряда облака и заряда, внедренного лидерными процессами, на несколько порядков меньше длительности формирования грозового облака и развития лидера и молнии. Индуктированные на объекте заряды из-за большого сопротивления утечки не успевают стечь в землю за время длительности разряда молнии. Поэтому между объектом и землей возникает разность потенциалов, обусловленная индуктированными на объекте зарядами, поле которых уже не компенсировано полем зарядов облака.

Разность потенциалов может появиться между металлической кровлей здания и водопроводными и канализационными трубами, электропроводками, находящимися в здании, и другими заземленными предметами.

Чем объект выше, тем больше потенциалы, индуктированные на нем, и тем больше должны быть безопасные расстояния между этим объектом и ближайшим заземленным предметом.

Основной мерой борьбы с появлением внутри здания или сооружения потенциалов, обусловленных электростатической индукцией, является заземление всех проводящих элементов в здании или сооружении.

Занос высоких потенциалов в здания и сооружения. Ко вторичным

проявлениям молнии относится появление значительных напряжений внутри зданий или сооружений вследствие передачи высоких потенциалов через воздушные и подземные металлические коммуникации.

Занос высокого напряжения в здания и сооружения по этим коммуникациям может быть не только при наличии металлической связи коммуникаций с защищаемым объектом, но и при отсутствии ее. Например, если протяженные металлические коммуникации расположены в непосредственной близости от молниеотвода, значительное повышение потенциала на молниеотводе, возникающее при прямом ударе молнии, может вызвать перекрытие изоляции по воздуху с молниеотвода на части коммуникаций.

Соединение всех крупных частей здания между собой (выравнивание потенциала) ликвидирует опасность возникновения перекрытий.

Занос высоких потенциалов по внешним коммуникациям во взрывоопасные здания и сооружения недопустим. Для невзрывоопасных зданий и сооружений III категории занос высоких потенциалов представляет опасность для находящихся в них людей, а также в отдельных случаях может вызвать пожар из-за пробоя изоляции электропроводки. Поэтому в зависимости от назначения этих объектов различают меры защиты этих зданий и сооружений.

3. Классификация зданий и сооружений

Производственные, жилые и общественные здания и сооружения в зависимости от их назначения, а также от интенсивности грозовой деятельности в районе их местонахождения должны иметь молниезащиту в соответствии с категориями устройства молниезащиты.

Таблица 3.1. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты и необходимости ее выполнения

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к I и II категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, от электростатической и электромагнитной индукции и от заноса высоких потенциалов через подземные и наземные металлические коммуникации.

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, от заноса высоких потенциалов через подземные металлические коммуникации, а установки класса П-III с корпусами из железобетонных или синтетических материалов должны также иметь защиту от электростатической индукции.

Для зданий и сооружений, совмещающих в себе помещения, требующие устройства молниезащиты I и II или III категории, рекомендуется молниезащиту всего здания или сооружения выполнять в соответствии с требованиями для I категории.

Однако если объем помещений, требующих защиты по I категории, составляет в одноэтажных зданиях менее 30% всего объема здания, а в многоэтажных зданиях менее 30% всего объема помещений верхнего этажа, молниезащита всего здания в целом может быть выполнена по II категории. При этом все подземные и наземные внутрицеховые коммуникации при вводе в помещения, которые требуют защиты I категории, должны быть присоединены к специальному протяженному заземлителю, расположенному за пределами этих помещений и имеющему сопротивление растеканию тока промышленной частоты не более 10 Ом.

Для зданий и сооружений, совмещающих в себе помещения, требующие устройства молниезащиты II и III категорий, рекомендуется молниезащиту всего здания или сооружения выполнять в соответствии с требованиями для II категории.

Если же объем помещений, требующих защиты II категории, составляет в одноэтажных зданиях менее 30% всего объема здания, а в многоэтажных зданиях менее 30% объема помещений верхнего этажа, то молниезащита всего здания в целом может быть выполнена по III категории. При этом подземные и наземные внутрицеховые коммуникации у вводов в помещения, требующих защиты II категории, должны быть присоединены к специальному внутрицеховому заземлителю, имеющему сопротивление растеканию тока промышленной частоты не более 10 Ом.

Требование о присоединении подземных и наземных коммуникаций к специальному заземлителю должно быть выполнено для помещений, требующих защиты II категории, также в том случае, когда остальная часть здания не подлежит молниезащите.

При наличии на зданиях или сооружениях, относящихся к I и II категории, на установках или емкостях класса В-Iг газоотводных или дыхательных труб для свободного отвода в атмосферу газов взрывоопасной концентрации, независимо от наличия на них огнепреградителей, пространство над обрезом труб, ограниченное полушарием радиусом 5 м, должно входить в зону защиты молниеприемника.

Для газоотводных и дыхательных труб, оборудованных колпаками или «гусаками», эта зона может быть уменьшена при избыточном давлении внутри установки:

· менее 0,05 кгс/см2 при газах тяжелее воздуха - до 1 м по вертикали и 2 м по горизонтали;

· от 0,05 до 0,25 кгс/см2 при газах тяжелее воздуха и до 0,25 кгс/см2 при газах легче воздуха - до 2,5 м по вертикали и 5 м по горизонтали в стороны от обреза трубы.

Выполнение требования о включении в зону защиты молниеотводов пространства над обрезом труб необязательно:

· при выбросе из труб газов невзрывоопасной концентрации;

· при наличии азотного дыхания;

· для труб с постоянно горящими факелами и факелами, поджигаемыми в момент выброса газов;

· для вентиляционных шахт, предохранительных и аварийных клапанов, выброс газов взрывоопасной концентрации из которых осуществляется лишь в редких аварийных случаях.

4. Защита от прямых ударов молнии

Прямой удар является наиболее опасным из всех проявлений молнии с точки зрения поражений зданий и сооружений. Многолетние наблюдения и данные свидетельствуют о том, что подавляющее большинство пожаров и разрушений при грозовых разрядах вызвано именно прямыми ударами молнии.

Поскольку прямой удар молнии в здание или сооружение представляет большую опасность, то следует подробнее рассмотреть отдельные элементы различных систем, обеспечивающих надежную молниезащиту.

4.1. Молниеотводы

В настоящее время защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии осуществляется при помощи молниеотводов различных модификаций.

Молния имеет свойство избирательно поражать заземленные (электропроводность стремится к бесконечности) и возвышающиеся над поверхностью земли металлические предметы. Защитное действие каждого типа молниеотвода основано на этой особенности грозового разряда.

Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, воспринимающее прямой удар молнии и отводящее токи молнии (посредством определенной системы заземления) в землю. Каждый молниеотвод независимо от типа состоит из следующих основных элементов (рис. 6): молниеприемника 1, непосредственно воспринимающего прямой удар молнии; несущей конструкции 2, предназначенной для установки молниеприемника; токоотвода 3, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлителю; заземлителя 4, отводящего ток молнии в землю и обеспечивающего контакт с землей молниеприемника и токоотвода.

В современной практике молниезащиты используют следующие типы молниеотводов: стержневые (рис. 6); тросовые или антенные (рис. 7а) и сетчатый (рис. 7б). Кроме того, для комплексной защиты сооружений в ряде случаев применяют комбинированные типы молниеотводов (например тросово-стержневые, рис. 7в).

Благодаря простоте изготовления и дешевизне получили наибольшее распространение стержневые молниеотводы, обеспечивающие высокую надежность в эксплуатации.

Хотя тросовые молниеотводы, и не уступают стержневым по своим экономическим показателям, с точки зрения эксплуатации они являются менее надежными и используются лишь для защиты весьма протяженных объектов.

Сетчатые молниеотводы, обладающие достаточно высокой степенью надежности, широко применяются при защите сооружений III категории. В ряде случаев они по своим экономическим показателям (сравнительно небольшой расход металла, отсутствие железобетонных конструкций, простота изготовления, монтажа и эксплуатации) превосходят стержневые и тросовые молниеотводы и могут быть использованы и для защиты сооружений I и II категорий, когда применение стержневых или тросовых молниеотводов по тем или иным причинам неприемлемо (например при значительной высоте защищаемого объекта).

В зависимости от конструктивных особенностей и назначения защищаемого объекта, а также местных условий стержневые и тросовые молниеотводы могут выполняться как отдельно стоящими, так и установленными на защищаемом сооружении.

Рис. 6.

Рис. 7.

При этом по характеру взаимодействия стержневые и тросовые молниеотводы разделяются на одиночные, двойные и многократные (количество взаимодействующих молниеотводов не менее трех, расположенных не на одной прямой).

Молниезащита I категории

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к I категории, должна быть выполнена, как правило, отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами (рис. 8 и 9), обеспечивающими зону защиты.

Рис. 8.

Рис. 9.

Рис. 10.

Рис. 11.

При невозможности установки отдельно стоящих молниеотводов (например из-за насыщенности подземными коммуникациями территории, прилегающей к защищаемому сооружению) допускается установка изолированных молниеотводов на защищаемом сооружении (рис. 10). Установку отдельно стоящих и изолированных стержневых или тросовых молниеотводов от защищаемого сооружения и подземных металлических коммуникаций производят в соответствии с приведенными ниже рекомендациями.

Наименьшие допустимые расстояния от токоотвода отдельно стоящего стержневого молниеотвода или молниеотвода, изолированного от сооружения (например деревянной стойкой), до защищаемого сооружения определяется по кривым рис. 11 для наиболее опасных точек, с которых возможно перекрытие на защищаемое сооружение, а именно S В - по воздуху для точки А и S Д - по дереву для точки А.

Наименьшие допустимые расстояния от тросового молниеотвода до защищаемого сооружения в наиболее опасных точках определяются: размером S В1 для точки А с наибольшим провесом троса - по кривым рис. 12; размером S В2 для точки С - по кривым рис. 13-15.

Рис. 12.

Рис. 13. l 2 при ударе молнии в опору тросового молниеотвода с пролетом 50 м

Приведенные на графиках значения максимальных потенциалов в миллионах вольт в опасных точках соответствуют предельным значениям амплитуды тока молнии 200 кА и крутизны 60 кА/мкс.

Для исключения заноса высоких потенциалов в защищаемые сооружения по подземным металлическим коммуникациям необходимо заземлители защиты от прямых ударов молнии и подводы к ним располагать на расстоянии SЗ от таких коммуникаций, вводимых в данное или соседние защищаемые здания или сооружения по I категории, в том числе от электрических кабелей сильного и слабого тока. Это расстояние в метрах определяется по формулам:

для стержневых молниеотводов:

Рис. 14. Потенциал токопровода на высоте l 2 при ударе молнии в опору тросового молниеотвода с пролетом 100 м

Рис. 15. Потенциал токопровода на высоте l 2 при ударе молнии в опору тросового молниеотвода с пролетом 150 м

для тросовых молниеотводов:

R и - величина сопротивления каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии, Ом.

Расстояние S З менее 3 м не допускается, за исключением случаев, когда металлические подземные трубопроводы и кабели не вводятся в защищаемое здание, а расстояние до места их ввода в соседние защищаемые здания и сооружения I категории составляет более 50 м. В этих случаях расстояние S З может быть уменьшено до 1 м.

Для высоких сооружений (более 30 м), когда устройство отдельно стоящих или изолированных молниеотводов не представляется возможным, как исключение допускается защита от прямых ударов молнии неизолированными молниеотводами, устанавливаемыми на защищаемом сооружении. Токоотводы прокладываются по наружным стенам защищаемого сооружения. При этом должны быть выполнены следующие дополнительные условия.

· Число токоотводов от молниеприемника до заземлителя должно быть не менее двух, располагаемых на расстоянии не менее 15 м друг от друга или по противоположным сторонам здания.

· Каждый токоотвод следует присоединять к отдельному заземлителю с величиной сопротивления растеканию тока не более 5 Ом. К этим заземлителям допустимо присоединение производственных защитных заземлителей и различных металлических подземных коммуникаций. В этом случае устройство заземлителя защиты от электростатической индукции не требуется.

· По каждому этажу или не более чем через 7-8 м по высоте сооружения должны быть проложены металлические пояса (полосы) для выравнивания потенциалов на отдельных уровнях. В качестве металлических поясов можно использовать поэтажные контуры защитного заземления электроустановок. К этим поясам должны быть присоединены все токоотводы, металлические элементы конструкций и оборудование внутри защищаемого сооружения.

Высокие сооружения, имеющие металлическую крышу, не требуют установки специальных молниеприемников; в этом случае роль молниеприемника выполняет металлическая крыша.

В качестве молниеприемника допускается использовать защитную сетку с ячейками 5 x 5 м, выполненную из полосовой стали 20 x 4 мм, 25 x 4 мм или из стальной проволоки диаметром 8 мм, укладываемую на неметаллическую кровлю.

Подводка трубопроводов на эстакадах к защищаемому сооружению допускается только от сооружений одного и того же объекта. В этом случае вся трасса эстакады должна вписываться в зону защиты ближайших сооружений, снабженных молниезащитой, или специально установленных молниеотводов. Кроме того, эстакадные трубопроводы должны быть у ввода в здание присоединены к заземлителю защиты от электростатической индукции.

На ближайших двух опорах от защищаемого сооружения такие трубопроводы должны быть присоединены к специальным заземлителям с величиной сопротивления растеканию тока промышленной частоты: для опоры, ближайшей к сооружению, 5 Ом и для последующей опоры 10 Ом.

Защита от электростатической индукции должна выполняться путем присоединения всего металлического оборудования и аппаратуры защищаемого сооружения к специальному заземлителю защиты от электростатической индукции. Последовательное включение заземленных элементов в одну цепь не допускается.

Защиту от электростатической индукции можно осуществлять также наложением на кровлю сооружения сетки из стальной проволоки диаметром 6-8 мм со сторонами ячеек 8-10 м с присоединением ее к заземлителю защиты от электростатической индукции. Узлы сетки должны быть проварены сваркой.

При наличии металлической кровли последняя должна быть использована для защиты от электростатической индукции. Устройство специальной сетки в этом случае не требуется.

В случае использования для защиты от прямых ударов молнии металлической кровли или сетки устройство сетки для защиты от электростатической индукции также не требуется.

Токоотводы от сетки или металлической крыши прокладываются к заземлителю по наружным стенам сооружения с расстоянием между соседними токоотводами не более 20 м.

Заземлитель защиты от электростатической индукции рекомендуется располагать по контуру защищаемого сооружения. Допускается также располагать заземлитель в траншее на глубине не менее 0,8 м и на расстоянии 0,8-1 м от фундамента. Величина сопротивления растеканию тока заземлителя, уложенного по контуру здания или сооружения, 10 Ом. При устройстве таких заземлителей отдельными очагами их общее сопротивление растеканию тока промышленной частоты должно быть не более 10 Ом.

К заземлителю защиты от электростатической индукции допускается присоединение подземных металлических коммуникаций (водопровод, канализация и пр.).

Для защиты от электромагнитной индукции необходимо между трубопроводами и другими протяженными металлическими предметами (каркас сооружения, оболочки кабелей и т.д.) в местах их сближения на расстояние 10 см и меньше приваривать или припаивать через каждые 20 м длины металлические перемычки, чтобы не допускать образования незамкнутых контуров.

В соединениях между собой трубопроводов и других протяженных металлических предметов, расположенных в защищаемом сооружении, необходимо обеспечить контакт с небольшой величиной переходного электрического сопротивления. Контрольной величиной допустимого переходного сопротивления на один контакт является 0,03 Ом. При фланцевых соединениях труб такая величина сопротивления достигается нормальной затяжкой болтов при их количестве на фланец не менее 6 шт.

В местах соединений, где надежный контакт с указанной величиной переходного сопротивления не может быть обеспечен, необходимо устройство перемычек из стальной проволоки диаметром 6-8 мм или ленты сечением 25-30 мм2.

Для защиты от заноса высоких потенциалов по подземным и наземным металлическим коммуникациям (трубопроводы, кабели, протяженные конструкции) требуется присоединение их на вводах в сооружения к заземлителям защиты от электростатической индукции.

Ввод в здания и сооружения проводов воздушных линий: силовой и осветительной до 1000 В, телефонных, радио, сигнализации и т.п. - не допускается. Вводы таких линий должны быть выполнены кабелем от центрального пункта.

4.3. Молниезащита II категории

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты ко II категории, независимо от их высоты должна быть выполнена одним из следующих способов: отдельно стоящими или устанавливаемыми на зданиях неизолированными стержневыми или тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты, или путем наложения молниеприемной сетки размером 6 x 6 м на неметаллическую кровлю или использования в качестве молниеприемника металлической кровли здания или сооружения. При этом:

· расстояние от отдельно стоящих молниеотводов до защищаемого здания и сооружения, а также до подземных коммуникаций не нормируется;

· величина сопротивления каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии должна быть не более 10 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом·м и выше допускается не более 40 Ом;

· разрешается во всех случаях объединение заземлителей защиты от прямых ударов молнии, защитного заземления электрооборудования и заземлителя защиты от электростатической индукции;

· во всех случаях рекомендуется использовать в качестве токоотводов металлические конструкции защищаемых зданий и сооружений: колонны, фермы, рамы, пожарные лестницы, металлические направляющие лифтов и т.п.; токоотводами не может служить напряженная арматура железобетонных ферм, колонн и других железобетонных конструкций; в используемых конструкциях должна быть обеспечена непрерывная электрическая связь в соединениях конструкций и арматуры, создаваемая, как правило, сваркой;

· на зданиях с покрытием по металлическим фермам установка молниеприемников или наложение молниеприемной сетки не требуется; фермы должны быть соединены токоотводами с заземлителями.

При ширине здания, защищаемого от прямых ударов молнии молниеотводами на здании или молниеприемной сеткой 100 м и более, а также при использовании металлической кровли кроме наружных заземлителей следует установить дополнительные заземлители для выравнивания потенциалов внутри здания. Эти заземлители выполняют в виде протяженных стальных полос, уложенных

не более чем через 60 м по ширине здания. Полосы должны иметь сечение не менее 100 мм2 и быть уложены в грунте на глубине не менее 0,5 м. Заземлители по торцам (с двух сторон) должны быть соединены с наружным контуром заземлителя защиты от прямых ударов молнии, а также присоединены с шагом не более 60 м к токоотводам от молниеприемников.

Наружные металлические установки, содержащие взрывоопасные газы, пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (установки класса В-Iг), должны быть защищены от прямых ударов молнии следующим образом:

· корпуса установок или отдельных емкостей при толщине металла крыши менее 4 мм должны быть защищены молниеотводами, установленными отдельно или на самом сооружении;

· корпуса установок или отдельных емкостей при толщине металла крыши 4 мм и более, а также отдельные емкости объемом менее 10 м 3 независимо от толщины металла крыши достаточно присоединить к заземлителям. Наружные установки класса В-Iг с емкостями из железобетона или синтетических материалов должны быть защищены от прямых ударов молнии устройством отдельно стоящих молниеотводов или наложением молниеприемной сетки, присоединенной к заземлителю. Защита подземных железобетонных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов от прямых ударов молнии производится отдельно стоящими молниеотводами. При этом защите подлежит вся площадь резервуарного парка, а также площадь, прилегающая к парку на расстоянии 40 м от стенок крайних резервуаров, независимо от наличия обваловки. По вертикали защитная зона принимается равной высоте газоотводных (дыхательных) труб плюс 5 м.

Наружные установки со сжиженными газами, а также установки с взрывоопасными газами при общем объеме парка резервуаров более 100000 м3 должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами, а корпуса металлических установок должны быть присоединены к заземлителям. К этим же заземлителям могут быть присоединены токопроводы отдельно стоящих молниеотводов.

Если на наружных установках или емкостях класса В-Iг имеются газоотводные или дыхательные трубы, то они и пространство над ними должны быть защищены установкой молниеприемников непосредственно на таких трубах. Для наружных установок заземлители от прямых ударов молнии должны иметь сопротивление не более 50 Ом на каждый токопровод и к ним должны быть присоединены молниеотводы, металлические корпуса и другие металлические конструкции установок.

Присоединение к заземлителям должно осуществляться не более чем через 25 м по периметру основания установки. При этом число присоединений должно быть не менее двух.

В качестве основных заземлителей защиты от прямых ударов молнии заглубленных в землю емкостей разрешается использовать магниевые протекторы, применяемые для защиты от коррозии, при следующих условиях:

· стальной стержень, заделанный в протектор при его отливке, и присоединяемый к нему проводник токопровода должны иметь диаметр не менее

6 мм, а при высокой агрессивности грунтов - не менее 8 мм, и быть оцинкованным;

· соединение проводника токопровода и стержня протектора должно быть выполнено сваркой внахлест на длине, равной не менее 6 диаметрам проводника;

· сопротивление растеканию заземлителя должно быть не более 50 Ом.

Защита от электростатической индукции обеспечивается присоединением всего оборудования и аппаратов, находящихся в зданиях, сооружениях и установках, к защитному заземлению электрооборудования.

Наружные установки должны быть защищены от электростатической индукции путем наложения стальной сетки на крышу емкости и прокладки токоотводов по стенкам не более чем через 25 м по контуру. Токопроводы должны быть присоединены к заземлителю с общей величиной сопротивления растеканию тока промышленной частоты не более 10 Ом. Указанные сетка, токоотводы и заземлители могут служить одновременно и для защиты от прямых ударов молнии.

Плавающие крыши независимо от материала и корпусов установок для защиты от электростатической индукции должны быть соединены металлическими перемычками с токоотводами или с металлическим корпусом установки не менее чем в двух точках.

Защита от электромагнитной индукции выполняется в виде устройства через каждые 25-30 м металлических перемычек между трубопроводами и другими протяженными металлическими предметами, расположенными друг от друга на расстоянии 10 см и менее. Установки перемычек в местах соединений (стыки, ответвления) металлических трубопроводов или других протяженных конструкций не требуется.

Для защиты от заноса высоких потенциалов по подземным коммуникациям их необходимо при вводе в здание или сооружение присоединить к любому заземлителю. Для защиты от заноса высоких потенциалов внешние металлические конструкции и коммуникации необходимо:

· на вводе в защищаемое здание или сооружение присоединить к заземлителю с сопротивлением не более 10 Ом;

· такое присоединение допускается осуществлять к заземлителю защиты от прямых ударов молнии; на ближайшей к сооружению опоре присоединить к заземлителю с сопротивлением не более 10 Ом;

· вдоль трассы эстакады через каждые 250-300 м присоединять к заземлителям с импульсным сопротивлением не более 50 Ом.

Ввод в здание электросетей напряжением до 1000 В, сетей телефона, радио, сигнализации и т.п. должен осуществляться только кабелем или подземной кабельной вставкой длиной не менее 50 м. Металлические броня и оболочка кабелей должны быть присоединены у ввода в сооружение к защитному заземлению электрооборудования здания.

В месте перехода воздушной линии в кабель металлическая броня и оболочка кабеля, а также штыри или крючья изоляторов линии должны быть присоединены к специальному заземлителю с сопротивлением растеканию тока не более 10 Ом. Кроме того, в месте перехода между жилами кабеля и его металлической оболочкой должна предусматриваться установка закрытого воздушного искрового промежутка с межэлектродным расстоянием 2-3 мм или низковольтного вентильного разрядника, например РВН-0,5.

Штыри изоляторов воздушной линии на ближайшей опоре к месту перехода линии в кабель должны быть присоединены к заземлителю с сопротивлением растеканию не более 20 Ом.

Вводы линий напряжением свыше 1000 В должны выполняться в соответствии с ПУЭ.

4.4. Молниезащита III категории

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны иметь защиту от прямых ударов молнии. При этом в отличие от требований к защите от прямых ударов молнии зданий и сооружений, отнесенных ко II категории:

· молниеприемная сетка должна иметь ячейки площадью не более 150 м2(например 12 x 12 или 6 x 24 м);

· величина импульсного сопротивления каждого заземлителя от прямых ударов молнии должна быть не более 20 Ом; в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом·м и выше во всех случаях допускается сопротивление каждого заземлителя принимать не более 40 Ом.

Наружные металлические установки или отдельные емкости, содержащие горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 45°С (установки класса П-III), должны быть защищены от прямых ударов молнии следующим образом:

· корпуса установок для емкостей при толщине металла крышки менее 4 мм должны быть защищены молниеотводами, установленными отдельно или на самом сооружении;

· при толщине металла крышки 4 мм и более корпуса установок или емкостей должны быть заземлены;

· корпуса емкостью менее 10 м3 независимо от толщины металла крышки должны быть заземлены.

Установки с корпусами из железобетона или синтетических материалов должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими или установленными на них молниеотводами или путем наложения молниеприемной сетки с присоединением ее к заземлителю.

Пространство над газоотводными и дыхательными трубами может не входить в зону защиты молниеприемников. Заземлители для таких установок должны иметь импульсное сопротивление не более 50 Ом.

Установки с корпусами из железобетона или синтетических материалов и плавающие крышки должны также иметь защиту от электростатической индукции путем наложения стальной сетки на крышу емкостей и прокладки токоотводов по стенам емкостей не более чем через 25 м.

Неметаллические вертикальные вытяжные трубы промышленных предприятий и котельных, водонапорные башни, пожарные вышки высотой 15 м и более

следует защищать от прямых ударов молнии молниеотводами, установленными на них. Для труб высотой до 50 м достаточно установить один молниеприемник и один наружный токоотвод. Трубы высотой более 50 м должны быть обеспечены не менее чем двумя молниеприемниками, расположенными симметрично по трубе, и двумя наружными токоотводами. Высота молниеприемников для труб до 100 м должна определяться расчетом зоны защиты.

Для труб высотой 100 м и более по периметру верхнего торца следует уложить стальное кольцо сечением не менее 100 мм2, к которому должно быть приварено не менее двух токоотводов. Такие же кольца должны быть проложены не реже чем через каждые 12 м по высоте трубы и присоединены сваркой к токоотводам в местах пересечения.

Защита от заноса высоких потенциалов по внешним наземным металлическим коммуникациям осуществляется путем заземления на вводе в защищаемое здание и присоединения к заземлителю с сопротивлением растеканию 20 Ом, а также первой опоры. Защита от заноса высоких потенциалов по ВЛ до 1000 В осуществляется по рекомендациям ПУЭ.

5. Расчет и построение зон защиты молниеотводов

Каждый молниеотвод образует вокруг себя строго определенное пространство, вероятность попадания в которое молнии практически равна нулю. Это пространство обычно называют зоной защиты. Теоретически вероятность поражения объектов, расположенных в пределах зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов, все же составляет около 1%.

В зависимости от типа, количества и взаимного расположения молниеотводов зоны защиты могут иметь самые разнообразные геометрические формы.

В значительной степени зоны защиты определяются отношением H/h, где H - высота ориентировки молнии (расстояние до земли от грозового разряда в начальной стадии его, при котором происходит ориентировка молнии на молниеотвод); h - высота молниеотвода.

В современной практике существует два различных метода расчета и построения зон защиты. Различие заключается, в частности, в определении параметров защитных зон двойных и многократных молниеотводов. В данной главе приводится метод расчета и построения защитных зон, предложенный энергетическим институтом имени Г. М. Кржижановского, как более простой.

5.1. Зона защиты стержневых молниеотводов

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 16 и 17) представляет собой в вертикальном сечении конус с образующей в виде ломаной линии.

Построение зоны защиты для молниеотвода высотой h≤60 м (рис. 16) производится следующим образом. От основания молниеотвода в противоположные стороны откладываются два отрезка СА’ и СВ’, равные 0,75h, концы полученных точек А’ и В’ соединяют с вершиной О молниеотвода. Далее на молниеотводе на высоте 0,8h находится точка О’, которая соединяется прямой линией с концами

Рис. 16.

Рис. 17.

отрезков СВ и СА, равных 1,5h. Ломаная BDO и является образующей зоны защиты для определения величины радиуса защиты r x , м, на любой высоте hx зоны защиты используют формулы:

Решая приведенные выше формулы относительно h , можно при известных (заданных) значениях r x и h x получить величину оптимальной высоты молниеотвода:

Для молниеотводов высотой более 60 м и до 100 м включительно зона защиты определяется исходя из лимитированной величины основания конуса на уровне земли r = 90 м (рис. 25). При этом радиус защиты на высоте h x определяется из соотношений:

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода (при расположении двух одинаковых молниеприемников на одном уровне и на определенном расстоянии друг от друга) показана на рис. 18а.

Определение очертаний торцевых частей зоны выполняется по расчетным формулам, используемым для построения зоны защиты одиночного молниеотвода. Расчет предусматривает следующие обязательные условия: высота молниеотвода не должна превышать 60 м, молниеотвод рассматривается как двойной

только при соотношении L/h ≤ 5.

Рис. 18. : а - при расположении молниеприемников на одном уровне; б - при расположении молниеприемников на разных уровнях

Верхняя граница зоны защиты представляет собой дугу окружности радиуса R , соединяющую вершины молниеотводов и точку, расположенную на перпендикуляре, идущем из середины расстояния между молниеотводами на высоте h 0 .

Величина h 0 , в метрах, вычисляется по эмпирической формуле:

Радиус окружности R , дуга которой описывает верхнюю границу зоны, соответственно определяется из выражения:

В тех случаях, когда величины h0 и L известны, оптимальную высоту молниеотводов, находят по формуле:

При этом в вышеприведенной формуле значение h 0 соответствует значению, вычисленному исходя из необходимой (требуемой) ширины зоны защиты, величина которой определяется высотой защищаемого сооружения и его размерами в плоскости, перпендикулярной оси молниеотводов.

Ширина зоны защиты bx , м, на уровне hx вычисляется по формулам:

Решая приведенные выше выражения относительно h 0 , получаем соответственно:

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода (при расположении молниеприемников на разных уровнях) показана на рис. 18б.

Принцип построения зоны защиты данного типа молниеотвода сводится к следующему: вначале строится зона защиты молниеотвода большей высоты и торцевая часть зоны защиты второго молниеотвода. Далее от вершины молниеотвода меньшей высоты проводится горизонтальная линия до пересечения с образующей зоны защиты молниеотвода большей высоты. Полученная точка пересечения условно принимается за вершину фиктивного молниеотвода, высота которого соответствует высоте меньшего молниеотвода. Дальнейший ход расчета и построения зоны защиты аналогичен описанному выше для двух молниеотводов одинаковой высоты.

Для определения внешних границ зоны защиты многократных молниеотводов используются те же приемы, что и для одиночного или двойного стержневых молниеотводов. При этом для расчета и построения внешних очертаний зоны молниеотводы берут попарно в определенной последовательности (например, для четырехкратного молниеотвода: 1-2, 2-3, 3-4, 4-1).

При применении четырехкратного и более стержневого молниеотвода необходимо выполнение дополнительных условий, а именно:

· для зданий и сооружений I и II категорий следует принимать h0 ≥hx для попарно взятых молниеотводов по диагоналям многоугольника, образованного единичными молниеотводами;

· для зданий и сооружений III категории допускается D≤5ha (D - длина диагонали многоугольника, составленного единичными молниеотводами).

Для молниеотводов высотой более 30 м величина D должна быть уменьшена путем введения коэффициента p = √5,5 h .

5.3. Зона защиты тросовых молниеотводов

Конфигурация зоны защиты одиночного тросового молниеотвода показана на рис. 19.

Расчет параметров зоны, м, производится по формулам:

Рис. 19. : 1 - положение троса в точке закрепления; 2 - положение троса в середине пролета (с учетом стрелы провеса)

При этом полная ширина зоны защиты (по аналогии со стержневыми молниеотводами именуемая радиусом защиты) при h x = 0 определяется из выражения:

где h тр - высота троса (с учетом его стрелы провеса) над защищаемым объектом, м.

На рис. 20. приведена номограмма, по которой в зависимости от заданных величин h , h x можно легко найти искомое значение r x .

При расчетах тросовых молниеприемников необходимо учитывать отклонение троса под воздействием ветрового напора.

Параметры зоны защиты двойного тросового молниеотвода определяются так же, как в одиночном тросовом молниеотводе. Область зоны в любом сечении между двумя параллельными тросами ограничивается дугой окружности,

проходящей через тросы и точку, расположенную между ними на расстоянии L /2 на высоте h 0 от поверхности земли.

Величина h 0 , м, определяется по формуле:

При разных высотах тросовых молниеотводов величина h 0 , м, вычисляется по формуле:

где h тр - высота меньшего молниеотвода, м; L ф - расстояние между меньшим и фиктивным молниеотводами, м.

Радиус дуги окружности, ограничивающий верхнюю часть зоны, равен:

При известных значениях h 0 и L высота молниеотвода, м, может быть определена по формуле:

Рис. 20. Номограмма для определения радиуса защиты одиночного тросового молниеотвода

Рис. 21.

Тросовый молниеотвод может рассматриваться как двойной только при условии, если отношение (L/h)≤4.

На рис. 21. приведена номограмма для определения зоны защиты двойного

тросового молниеотвода.