Рд заземление. Молниезащита зданий, сооружений, оборудования и коммуникаций

Молниезащитой называют совокупность мероприятий, направленных на снижение материального ущерба и травматизма людей от ударов молний.

Устройство молниезащиты на крыше

Опасности от удара молнии:

• полное или частичное разрушение сооружений и зданий, инженерных сетей;
• выход из строя электроприборов, находящихся в зоне поражения молнии;
• травматизм и гибель живых организмов, оказавшихся внутри или поблизости с сооружением, в которое ударила молния.

Что такое молния?

Молнии представляют большую опасность как для человека, так и для зданий и сооружений. Молнии – электрические разряды большой мощности, которые при попадании могут разрушить конструкции, вывести из строя электроприборы и линии электропередачи. При возведении качественно выполненных молниеотводов, сокращается количество травматизма и разрушений сооружений и инженерных сетей. Природа молнии такова, что по достижении нижних слоев атмосферы удар приходится на самую высокую точку в радиусе опасной зоны.

Главным условием образования грозовых облаков является быстрое изменение температуры и высокая влажность. При таких условиях в атмосфере появляются отрицательно заряженные скопления облаков. Вследствие электростатической индукции на движущееся заряженное облако в атмосфере образуются разряды. Т.е. условно оно является конденсатором, а расстояние между облаком и поверхностью земли является промежутком между пластинами. С течением времени увеличивается напряженность электрического поля, а высокие сооружения (деревья), ионизируя воздух, уменьшают удельное сопротивление и провоцируют удары молнии на землю.

Благодаря этому свойству разработаны конструкции, которые способны принять удар на себя и отвести опасный потенциал в землю без повреждений и пожаров. Нормативы для проектирования и монтажа грозозащиты: ПУЭ, инструкция РД 34.21.122-87, ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014, СНиП 3.05.06-85. Молниеотводы – обязательная мера защиты от ударов молнии, если здание расположено не в городской высотной застройке, если рядом имеется водоем и др.

Поражающие факторы молнии

1. Первичный. Характеризуется тепловым и механическим воздействием. Прямое попадание молнии в здание или линию электропередачи, вследствие чего возникает вероятность возникновения пожара. Без дополнительного оснащения защититься от первичного фактора невозможно. Необходимо устройство молниезащиты.

Действие молний: расплавление металлических сооружений (толщиной менее 4 мм), частичное или полное разрушение строений из бетона, кирпича и камня (вследствие механического воздействия). Быстрый нагрев конструкций вызывает в них напряжения, провоцируя взрывы (инструкция РД 34.21.122-87).

1. Вторичный. При попадании разряда в близко расположенные сооружения в электросети появляется электромагнитная индукция, способная вывести из строя электроприборы. Для защиты от вторичного фактора достаточно отсоединить от сети все электронные устройства. Данный фактор невозможен без проявления первичного влияния (инструкция РД 21.122-87).

Проявляется в виде:

• электростатической индукции, выраженной искрениями между металлическими поверхностями конструкций, электроприборов. Вызывается статическими зарядами облаков на наземные сооружения;
• электромагнитной индукции. Возникает при разряде молнии из-за изменяющегося магнитного поля. Индукция вызывает нагрев замкнутых контуров, сопровождается неопасным для оборудования и людей нагревом.

Т.к. молния – электрический заряд, движение его происходит по пути наименьшего сопротивления. Защита от ударов молнии должна эффективно отводить заряды в землю. При попадании молнии в молниеотводы, ток уходит в землю, не причиняя урон зданиям внутри и вне зоны действия защиты.

Тип молниезащиты зависит от типа здания, электроприборов, типа заземления электросети, частоты гроз в выбранном климатическом районе.

Тросовая молниезащита здания

Здания и сооружения по необходимости возведения грозозащиты разделяют на категории:

1. Категория 1. В зданиях взрыво,- и пожароопасные вещества не хранятся постоянно, Происходит процесс переработки и хранение опасных веществ открыто или в неупакованных емкостях. Возникновение взрывов в таких сооружениях сопровождается значительными разрушениями и человеческими жертвами (РД).
2. Категория 2. В зданиях опасные вещества хранятся в запакованных емкостях. Взрывоопасные смеси образуются только в случае производственных аварий. Взрыв сопровождается незначительными разрушениями, без человеческих жертв (РД).
3. Категория 3. Прямое попадание молнии вызывает пожары, разрушения большой степени строений и инженерных сетей, поражения людей и животных. Такие здания должны иметь эффективную защиту от прямых ударов молнии (РД).

Варианты защиты

1. Активная. Новый вид защиты от ударов молнии. Искусственно притягивает разряды к себе при помощи встроенного ионизатора (РД).

Активная защита от ударов молнии

Преимущества:

• 100% работоспособность;
• исключение появления вторичного фактора поражения молнией.

Недостатки:

• Стоимость.

1. Пассивные молниеотводы. Особенность работы состоит в том, что попадание молнии в нее происходит не во всех случаях.

Недостатки:

• срабатывает не во всех случаях.

Преимущества:

• высокая надежность;
• низкая стоимость работ;
• возможность сооружения вручную.

Вид защиты (РД и ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014)

Внешний тип

Защищает строения от первичного фактора воздействия молнии – от разрушений и пожаров. Позволяет перехватить разряды, и отвести удар в землю.

Во время удара молнии молниеотводы принимают на себя ток и по системе отводят его в землю, где энергия полностью рассеивается.

Внешняя молниезащита строения

Требования к молниезащите – при правильном проектировании и монтаже системы обеспечивается полная безопасность снаружи и внутри здания.

Виды внешней защиты (инструкция РД 34.21.122-87):

• сетчатый молниеприемник;
• молниеприемный стержень;
• натянутый молниеприемный трос.

Тросовая конструкция для защиты от ударов молнии

Составные части грозозащиты (РД и ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014):

1. Молниеотводы – сооружения, которые перехватывают разряд. Изготавливаются из металла, как правило, нержавеющей стали, меди или алюминия.
2. Спуски (токоотводы) – металлические выпуски, по которым разряд отводится от молниеприемника к заземлителю.
3. Заземлитель – защитное устройство заземления, состоящее из токопроводящих материалов, которые находятся в контакте с землей. Имеет наружную и подземную часть (контур заземления).

Внутренний тип

Предохраняет дома от вторичного фактора воздействия электротока. Состоит из ряда устройств (УЗИП). Целью приборов является предотвратить выход из строя бытовых электроприборов от перенапряжений в электросети, которые вызваны ударами молний.

Перенапряжения могут быть вызваны прямыми (при попадании молнии в здание или питающую линию электропередачи) и непрямыми (ударами в непосредственной близости сооружений или ЛЭП) разрядами молнии.

По типу попадания различают несколько видов перенапряжений:

• 1 тип. Вызваны прямыми ударами, представляют собой наибольшую опасность.
• 2 тип. Вызваны непрямыми ударами тока, запасенная энергия в 20 раз ниже, чем в перенапряжениях 1 типа.

Типы УЗИП по ГОСТ Р 50571.26-2002

• 1 тип. Способен выдержать токовые нагрузки полностью от полученного разряда молнии. УЗИП 1 типа рекомендованы к установке в сельской местности с воздушными линиями электропередачи в зданиях с громоотводами, в отдельно стоящих строениях, расположенных в непосредственной близости к высоким объектам.

• 2 тип. Применяется совместно с 1 типом. Аппараты не способны выдержать удары молнии. Допустимый бросок напряжения составляет 1,5..1,7кВ.
• 3 тип. УЗИП 3 типа применяется после защиты 1 и 2 ступени. Предназначены для установки у потребителя: сетевые фильтры, устройства автоматики на бытовых электроприборах (котлах и др.).

УЗИП устанавливаются совместно с автоматическими выключателями для предотвращения прогорания и возникновения пожара в электрощитке. Длительные перенапряжения могут вывести УЗИП из строя.

Вводные автоматы с номинальным рабочим током меньше 25А могут выступать в качестве защиты УЗИП (ГОСТ Р 50571.26-2002).

Подключение молниезащиты выполняется по двум схемам:

1. С приоритетом безопасности. УЗИП не разрушается, молниезащита работает бесперебойно. При ударе молнии полностью отключает потребителей.
2. С приоритетом бесперебойности. В этом случае отключение потребителей недопустимо, при ударе молнии отключается молниезащита.

При установке устройств следует выдерживать минимально допустимое расстояние 10м, что обеспечивает необходимую индуктивность для срабатывания автомата большей ступени.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений 1 типа

Возможна совместная установка УЗИП 1 и 2 ступени в одном корпусе (ГОСТ Р 50571.26-2002). Для каждой системы заземления УЗИП разработаны соответствующего исполнения.

Молниеприемник стержневой

Устанавливается на крыше зданий так, чтобы конструкции была выше всех остальных точек. Для поддержания эстетики внешнего вида дома, молниеприемник следует установить на отдельно стоящей опоре (дереве).

В качестве молниеприемника (согласно ПУЭ) используют: угловую сталь 50х50, сталь круглую сечением более 25мм 2 .

В качестве громоотвода также допустимо использовать металлическую трубу диаметром 40..50 мм с заваренными с двух концов срезами.

Количество грозоотводов выбирают по расчету в зависимости от размера сооружения. Для домов площадью менее 200 м 2 достаточно одной конструкции. Для зданий площадью более 200 м 2 необходима установка двух стержней, расстояние между которыми не должно превышать 10 м. Во избежание протекания тока в дом стержень закрепляют на крыше изолирующими материалами, например, деревянными брусками и др.

Земляные работы при устройстве молниезащиты

Тросовые молниеприемники

Применяются для защиты зданий и сооружений большой длины и высоковольтных ЛЭП, т.е. для узких, длинных сооружений.

Основным элементом является металлический трос, который подвешивается по всей длине крыши. Закрепляется на деревянных опорах так, чтобы не было соприкосновений с поверхностью крыши. Со всех сторон здания сооружаются токоотводы в количестве не менее 2.

Для молниеотводов используют оцинкованный стальной канат ТК с необходимым расчетным сечением, но не менее 35 мм 2 . Проектирование молниеотводов из троса выполняется с учетом района по гололеду и требованиям ПУЭ. Зона действия этого типа молниеотвода имеет вид трехгранной призмы, верхней гранью которой будет натянутый трос на крыше зданий. Ели крыша имеет большой укос или несколько сооружений разной высоты, необходима установка стержневых молниеотводов ввиду уменьшения финансовых затрат.

В случае стержневых и тросовых молниеотводов расстояние от ближайших сооружений должно быть не менее 15 м либо установка предполагается на разных сторонах здания.

Сетчатые громоотводы

Изготавливают из стальной (алюминиевой) проволоки сечением 6мм в виде ячеек площадью не более 150 мм 2 так, чтобы сетка не имела точек соприкосновения с крышей (6..8 см от поверхности). Сетка натягивается по всей площади крыши по изолированным опорам, с суммарным размером не менее 6х6м. Токоотводы прокладываются по углам здания на каждые 25 м периметра.

В защитную площадь молниеотводов должны попадать все выступающие части сооружения. Все вентиляционные и газоотводящие трубы должны входить в зону действия грозозащиты, при условии их обязательной защиты специальными конструкциями.

Отдельно стоящие молниеотводы применяют в следующих случаях:

• необходимо защитить одной конструкцией несколько зданий;
• невозможно обустроить молниеотводы на крыше.

Металлические громоотводы применяются для защиты зданий высотой более 30 м.

Токоотводы

Задачей токоотводов является эффективное отведение заряда от молниеотвода к конструкции заземления.

В качестве токоотводов применяют стальную проволоку диаметром 6мм, металлическую ленту со стенкой не менее 2мм и шириной 30мм.

При условии, что стены не содержат токопроводящие элементы, токоотводы закрепляют вдоль стены в любом месте, при соблюдении габарита сближения с дверями и окнами. Для закрепления конструкции используют болтовое соединение и сварку.

Количество токоприемников принимают, исходя из количества молниеотводов. Для стержневых принимают равным количеству стержней, для сеточных и тросовых минимальное количество составляет не менее 2.

Заземление

Сооружается один контур с общим заземлителем электросети. Простейшей конструкцией является треугольный контур заземления. Вершины – вертикальные электроды, забитые в землю на глубину 3м. Оптимальное расстояние между вершинами составляет 3м.

Горизонтальный заземлитель (соединение вершин треугольника в единую конструкцию) закладывается на глубину не менее 0,5м. Соединение выполняется исключительно сваркой.

Монтаж молниезащиты

Для частных домов чаще всего сооружают пассивную стержневую молниезащиту.

Подготовительные работы:

• В первую очередь необходимо провести все замеры: ширина, высота дома, предполагаемый радиус защиты (для стержневых молниеприемников).
• После этого необходимо определиться с высотой молниеприемника, методом его закрепления.
• Длина токоотвода рассчитывается после определения точки установки молниеотвода. Путь от точки приема удара до заземления должен быть наикратчайшим, поэтому проектирование сложных конструкций не рекомендовано, соединения в виде кольца запрещены.
• Элемент заземления, согласно ПУЭ и СНиП, должен быть расположен на расстоянии не менее 1м от стены здания, не должен пересекать пешеходные дорожки и крыльцо.

После проведения точных расчетов длины и конструкции заземления необходимо приступать непосредственно к строительно-монтажным работам.

Устройство заземлителя:

• Для заземления используют сталь угловую 50х50 (ГОСТ 8509-93) или полосовую сталь 40х4 (ГОСТ 103-76). Также может применяться круглая сталь.
• Контур заземления выполняется в виде многоугольника, в вершины которого забиваются вертикальные электроды длиной не менее 2м. Полосовой сталью сваркой соединяют вершины треугольника в единую металлоконструкцию.

Установка молниеприемника:

• На крыше здания устанавливаются деревянные опоры, установка на которые полностью исключает контакт стержня с крышей здания.

Монтаж токоотвода:

• Последним этапом является установка токоотвода и соединение всех элементов молниезащиты. Токоотводы крепят на специальные конструкции – коньки, которые также исключают контакт с поверхностью дома.
• После завершения земляных и строительно-монтажных работ необходимо произвести замеры сопротивления молниеотвода и соответствия полученных значений расчетным.
• Для деревянных домов процесс сооружения системы молниеотвода аналогичен. Все элементы конструкции грозозащиты должны быть удалены от плоскости стены на 150мм.

Молниезащита для деревянных домов

Внутренняя защита зданий и сооружений

УЗИП обеспечивают защиту электрооборудования от импульсных перенапряжений и больших индуктивных нагрузок.

Источники импульсных перенапряжений при грозе:

• ПУМ (прямые удары молнии) в устройство грозозащиты, удары в рядом устроенные линии электропередачи;
• удары молнии вблизи объектов.

УЗИП устанавливаются в жилых и административных зданиях, объектах промышленности. Обязательным является включение УЗИП в схему электроснабжения в загородных домах, при одно,- и двухэтажной застройке местности (ГОСТ Р 50571.26-2002).

Преимущества использования УЗИП:

• надежная защита от импульсных перенапряжений;
• низкая стоимость устройств.

Принцип работы устройств основан на нелинейности вольтамперной характеристики. При значительном увеличении напряжения варистор сохраняет возможность пропускать электроток.

Приборы выходят из строя после нескольких срабатываний защиты. Необходимо проверять УЗИП после каждого рабочего цикла.

В схему перед УЗИП включают предохранители для защиты от сверхмощных токов.

В сетях до 1кВ предусматривают три ступени защиты от перенапряжений :

1. УЗИП 1 ступени. Класс B. Рассчитаны на токовые броски до 100кА. Устанавливаются в подготовленных металлических шкафах в вводно-распределительном устройстве или на главном электрощите.
2. УЗИП 2 ступени. Класс C. Амплитуда импульсных токов составляет 15..20кА. Применяются в зонах, полностью защищенных от прямых попаданий молний. Установка предусмотрена в распределительных щитках на вводах в здания и помещения.
3. УЗИП 3 ступени. Класс D. Предназначены для защиты оборудования от остаточных токов перенапряжения. Установка предусмотрена непосредственно перед электроприборами, минимально допустимое расстояние – 5м.

Параметры выбора УЗИП по ГОСТ Р 50571.26-2002:

• номинальное напряжение сети;
• длительно допустимое рабочее напряжение защитного аппарата – наибольшее напряжение, которое может быть приложено до времени срабатывания защиты;
• ток утечки варистора;
• время срабатывания защиты;
• ток импульса;
• максимальное значение напряжения при протекании тока через УЗИП;
• классификационное напряжение;
• максимальный импульсный разрядный ток – максимальная токовая нагрузка, при прохождении которой устройство остается рабочим.

Выдержка расстояний между устройствами необходима для гарантии временной задержки и обеспечения импульса для срабатывания следующей ступени защиты:

• между УЗИП 1 и 2 степени – не менее 10м;
• между УЗИП 2 и 3 ступени – не менее 5м;
• между УЗИП 3 класса (между собой) – не менее 1м.

Каждое УЗИП должно быть присоединено к заземляющему устройству отдельным проводником.

УЗИП 3 ступени защищает приборы на расстоянии до 10 м. При необходимости защитить сеть далее, требуется установка следующего аппарата.

Для надежной защиты зданий и сооружений необходимо использовать внутреннюю и внешнюю защиту от молний. Устройства защиты от импульсных перенапряжений не будут выполнять свои функции, если отсутствуют эффективно действующие молниеотводы.

Видео про молниезащиту

Для загородных домов качественная система молниезащиты крайне важна, т.к. позволяет предотвратить разрушение домов и порчу имущества. Возведение пассивных систем молниезащиты может быть выполнено своими руками, в соответствии с требованиями ПУЭ. Активные защиты требуют высокой квалификации и не могут быть устроены без помощи специалистов.

В предыдущей публикации было детально рассмотрено различные виды молниеприемников, расчет зон защиты, особенности монтажа в зависимости от типа крыши и материала кровли. Полученная информация позволит вам самостоятельно сделать его выбор или оценить предложение фирм, специализирующихся на установке внешней системы защиты от удара молнии.

Но молниеприемник – это только одна из составляющих молниезащиты. Принятый ток молнии надо отвести к заземляющему устройству и сделать это безопасно для людей и без ущерба для имущества. Выполнить эту миссию должны токоотводы .

Задачей токоотводов , или как их еще называют – опусков , является обеспечение протекания тока молнии от молниеприемника до заземления по нескольким параллельным путям и по кратчайшему расстоянию. Поэтому токоотводы должны быть прямыми (без образования петель и изгибов под острым углом) и располагаться вертикально вдоль фасада здания.

Количество токоотводов определяется периметром внешнего края крыши здания. Согласно украинских и российских нормативов (ДСТУ Б В.2.5-38:2008 и CO-153-34.21.122-2003) токоотводы следует располагать по периметру здания равномерно на расстоянии 20 метров (ІІІ класс молниезащиты, к которому относятся жилые дома), а согласно с международным стандартом IEC 62305 – через 15 метров.

При использовании молниеприемника в виде сетки замкнутых контуров желательно, а по международным стандартам – обязательно, чтобы опуски являлись непрерывным продолжением сетки, то есть, токоотводы должны быть с обоих концов каждой из ветвей сетки.

Для тросового молниеприемника как минимум по одному токоотводу должно опускаться к молниезащитному заземлению от каждого из концов троса. Если используется стоящая отдельно мачта, то используется один опуск.

То есть, если периметр крыши меньше 20 метров, то по действующим у нас нормативам можно довольствоваться одним токоотводом, но предпочтительней устанавливать два опуска с противоположных сторон здания. При большем периметре крыши количество опусков определяется делением его длины на 20 м. Разумеется, в большинстве случаев такое деление не даст целого числа токоотводов и его необходимо округлить по правилам математики (при десятых до 0,5 округляем в меньшую сторону, при 0,5 и более – в большую).

Помимо этого на количество токоотводов оказывает влияние симметричность фигуры, которую образует проекция внешних краев крыши на землю. Если фигура симметрична (квадрат, прямоугольник), то полученное в результате деления четное число остается неизменным, а к нечетному числу прибавляется единица. Но для скатных крыш при длине или ширине проекции менее 12 метров полученное нечетное число на единицу сокращается. Если фигура несимметрична, то полученное число остается неизменным.

Помимо этого, в целях безопасности опуски должны располагаться на расстоянии не ближе 50 см к окнам и 1 м к дверным проемам здания. Также, необходимо придерживаться расстояния более 2 м от входящих в дом проводящих коммуникаций (металлический трубопровод, газопровод, силовой кабель и т.д.). Поэтому опуски располагаются не точно, а в среднем на расстоянии 20 м друг от друга с возможным отклонением в несколько метров в ту или иную сторону.

Если из-за архитектурных особенностей или по другим причинам невозможно обеспечить прямолинейное вертикальное прохождение опусков на безопасных расстояниях, их можно прокладывать с изгибами, стараясь свести их количество к минимуму. При этом в месте изгиба проводник должен иметь радиальную форму и, как уже упоминалось выше, не изгибаться не под острым углом во избежание пробоя между близко расположенными точками образующих изгиб участков токоотвода.

Располагать токоотводы необходимо как можно более равномерно и симметрично по периметру строения и желательно рядом с каждым образующим выступ углом здания. Для молниеприемной сетки следует по возможности устанавливать токоотводы возле точек соединения ячеек. Как правило, возле углов располагаются и водосточные трубы, которые маскируют токоотводы.

В качестве токоотводов можно использовать круглые (провод) или плоские (полоса) проводники из оцинкованной стали с площадью поперечного сечения не менее 50 мм2, алюминия с площадью поперечного сечения не менее 25 мм2 или меди с площадью поперечного сечения не менее 16 мм2.

При использовании комплектующих специализирующихся на системах молниезащиты известных производителей проводники имеют одинаковый унифицированный для различного типа держателей и соединителей размер (круглые, как правило, диаметром 8 мм). В случае установки тросовых молниеприемников для организации токоотводов чаще всего применяется тот же трос, что и для молниеприемника, это особенно актуально в случае использования деревянных мачт.

Участок токоотвода, идущий от молниеприемника по крыше здания, крепится также как и провод молниеприемника. При этом опуск, идущий от проложенного по коньку молниеприемника, прокладывается на расстоянии около 0,4 м от края крыши. Затем специальным клеммным зажимом (зажим лотка) провод крепится к водосточному желобу и дальше переходит на фасад здания. При установленной на пути токоотвода снегоулавливающей решетке провод крепится к ней с помощью специальной клеммы.

К стенам здания токоотводы приблизительно через каждый метр длины крепятся специальными держателями. При этом нужно обращать внимание на материал стен и облицовки. Если он является легковозгораемым (древесина, утеплитель и т.д.) и повышение температуры опуска при прохождении тока молнии может вызвать его загоранию, то токоотводы должны крепиться на дистанции от стены не ближе 10 см. При ІІІ классе молниезащиты для проводника диаметром 8 мм принимают следующие значения увеличения температуры: алюминий – 12 °С, медь – 5 °С, сталь – 190 °С.

На стенах из негорючего материала токоотводы могут прилегать к поверхности стены или даже скрываться под слоем изолирующей штукатурки или другой обшивки. Под обшивкой, как правило, размещают плоский проводник. Для быстрого и легкого соединения круглого провода с плоской полосой предназначен специальный соединитель. При этом нужно учитывать, что проводник из алюминия нельзя прокладывать ни на ни под штукатурку, цемент или бетон из-за быстрого коррозионного разрушения. По той же причине если необходимо объединение проводников из разных материалов, то следует использовать соединитель с биметаллической пластиной.

По фасаду на углах здания токоотводы располагают с отступом в 20 см от самого угла. Если поблизости находится водосточная труба, то провод можно закрепить прямо на ней воспользовавшись широким ассортиментом хомутов-держателей. Прокладывать опуски в самих водосточных трубах, даже если они имеют изоляционное покрытие, не следует, поскольку воздействие влаги приведет к быстрой коррозии токоотводов.

На высоте около 1,0 – 1,5 метров от земли токоотводы соединяется с заземляющими проводниками. Согласно нормативам это соединение должно быть разборным, чтобы обеспечивать возможность осуществления периодических замеров электрического сопротивления заземлителей. Для организации подобного контрольного соединения используются болтовые металлические зажимы. В случае, если токоотвод скрыт под обшивкой, доступ к контрольному зажиму обеспечивается установкой специального инспекционного люка (смотровой дверцы).

Токоотвод - важнейший элемент молниезащиты зданий и строений. Его непосредственная задача – отводить ток молнии к прибору заземления. Токоотвод сейчас, как и много лет назад, представляет собой алюминиевую или оцинкованную стальную проволоку значительного диаметра (обычно 6-8 мм). Применяют также медный проводник. Несмотря на принципиальную простоту и невысокую стоимость, у этого приспособления потрясающая эффективность.

Обычно на здание монтируют не один, а сразу несколько токоотводов. Располагают их таким образом, чтобы ток растекался по нескольким непересекающимся путям. Это позволяет снизить вероятность возникновения сильного искрения. Изгибы токоотвода должны быть плавными, а их количество при прокладке сведено к минимуму.

Закрепить надёжно токоотвод возможно только с помощью профессиональных инструментов и дополнительных приспособлений. Для соединения с заземлением следует применять сварку или пайку твёрдым припоем. А для того, чтобы соединить отводящую ток проволоку с молниеприёмником, допустимо использование болтов, бандажей, клёпок. Закрепление токоотвода происходит через каждый метр. Кроме того, обязательно понадобится такая деталь, как держатель.

Самый экономный вариант в данном случае – купить пластиковый держатель токоотвода. Пластик вполне подойдёт здесь в качестве материала. Он не проводит ток, устойчив к воздействию влаги и химикатов.

Однако у пластиковых изделий есть и свои минусы. Например, у них сравнительно невысокие прочностные характеристики.

Помимо пластиковых существуют ещё и металлические держатели для токоотвода. Они применяются для крепления тяжёлых по весу молниеотводов со сравнительно большим диаметром проволоки. Эти держатели более надёжны, чем пластиковые, однако со временем они могут подвергнуться коррозии.

Отличия изолированных и неизолированных вариантов

Сами токоотводы, как и держатели, тоже можно разделить на две группы:

• неизолированные;
• изолированные.

Вторые считаются более современным решением, чем первые. Неизолированные изделия характеризуются тем, что соединяют все металлические части молниезащитной системы. Это позволяет снизить разность потенциалов при ударе молнии.

Но антенны связи, спутниковые антенны, прочее оборудование для передачи данных при таком подходе остаётся незащищённым. И эту проблему решает как раз изолированный токоотвод. Он может обеспечить требуемое расстояние между металлическими элементами (так называемую воздушную изоляцию). Причём и этим элементам и корпусу здания больше не будет угрожать опасность наведения потенциалов.

На сегодняшний день эффективность изолированных систем уже не вызывает сомнений – они успешно обустраиваются на различных строениях и мачтах по всему миру.

В качестве конкретного примера здесь можно привести изолированный токоотвод iscon 750 sw.

Это товар от немецкой компании OBO Bettermann. Он обеспечивает разделительное расстояние в 750 миллиметров (что понятно из цифры в названии). Его поверхность не имеет скользящего разряда и устойчива к высокому напряжению. Выпускается данный токоотвод в двух вариациях - одна подходит для прокладки в грунте, а другая на поверхности.

Ограничения на установку

Монтаж отводящих ток проволок следует производить согласно существующим стандартам и правилам. В частности, монтажникам нельзя забывать о том, где категорически не допускается прокладка токоотводов:

• внутри водосточных труб;
• по легковоспламеняющимся поверхностям (такая поверхность не должна находиться ближе 150 миллиметров от провода).

Плюс ко всему рекомендуется располагать токоотвод так, чтобы он был максимально удалён от окон, дверей, входящих кабелей, трубопроводов (минимум 2 м). Прятать проводник в стене можно только в том случае, если она из материала, который не горит. Алюминий прятать запрещено из-за его быстрого коррозионного разрушения.

Можно прикреплять токоотвод к водосточным трубам. Соединение с заземлителем делают на высоте 1 м от земли (максимум 1,5 м). Надо обеспечить разборное соединение, чтобы при проверке можно было замерить сопротивление заземлителя. В случае прокладки за фасадом внизу устанавливают смотровой лючок.

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

3.2.2.4. Указания по размещению токоотводов

Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;

если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;

если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.

Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Рекомендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстояниях от дверей и окон.

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов. Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;

б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

Металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если металлические каркасы здания или стальная арматура железобетона используются как токоотводы.

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1. Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения.

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются из условия обеспечения минимальной коррозии, а также возможно меньшей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыхания и промерзания грунта.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.2.4. Крепление и соединения элементов внешней МЗС

3.2.4.1. Крепление

Молниеприемники и токоотводы жестко закрепляются, так чтобы исключить любой разрыв или ослабление крепления проводников под действием электродинамических сил или случайных механических воздействий (например, от порыва ветра или падения снежного пласта).

3.2.4.2. Соединения

Количество соединений проводника сводится к минимальному. Соединения выполняются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление.

3.3. Выбор молниеотводов

3.3.1. Общие соображения

Выбор типа и высоты молниеотводов производится исходя из значений требуемой надежности Р з. Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее Р з.

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выбирается так, чтобы максимально использовались естественные молниеотводы, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна - в комбинации со специально установленными молниеотводами.

В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зонами защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта, возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции.

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h 0 < h , вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h 0 и радиусом конуса на уровне земли r 0.

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизонтального сечения r x на высоте h x определяется по формуле:

Таблица 3.4

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h 0 < h и основанием на уровне земли 2r 0 (рис. 3.2).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

L - расстояние между точками подвеса тросов

Полуширина r х зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h x от поверхности земли определяется выражением:

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в табл. 3.4. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропередачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправданным затратам.

Таблица 3.5

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины L max. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h 0, r 0) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h 0 и h c, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L  L c граница зоны не имеет провеса (h c = h 0). Для расстояний L c  L  L max высота h cопределяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния L max и L c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r х в горизонтальном сечении на высоте h x :

Рис. 3.3. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

длина горизонтального сечения L x на высоте h x  h c:

причем при h x < h cL x = L /2;

ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2r cx на высоте h x  h c:

Таблица 3.6

Резервуары с нефтью и нефтепродуктами являются объектами повышенной пожарной опасности. Поэтому устройствами молниезащиты они должны быть защище­ны от прямых ударов молнии, электростатической ин­дукции, а также заноса высоких потенциалов.

Молниезащитная система в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Защиту резервуарных парков общей вместимости бо­лее 100 тыс. м3 от прямых ударов молнии, как правило, выполняют отдельно стоящими молниеприемниками (молниеотводами). Молниеприемники устанавливают так­же непосредственно на резервуаре. Их изготавливают из круглых стержней с площадью поперечного сечения не менее 100 мм2. Крепление молниеприемника к резервуа­ру (к верхнему поясу стенки или к стационарной крыше) должно осуществляться с помощью сварки.

В зону защиты молниеприемников должно входить пространство над дыхательной арматурой, ограниченное полусферой радиусом 5 м.

Нижний пояс стенки резервуара должен быть присо­единен через токоотводы к заземлителям, установленным на расстоянии не более чем 50 м по периметру стенки, но не менее чем в двух диаметральных противоположных точках. Соединения токоотводов и заземлителей должны выполняться на сварке.

Токоотводы изготавливают из прутков и тросов диа­метром 6 мм и более, у полосовой стали - сечением не менее 48 мм2, из стальных труб - с толщиной стенки не менее 2,5 мм.

В качестве заземлителей используют конструкции, состоящие из не менее чем 3 вертикальных электродов длиной не менее 3 м, находящихся на расстоянии не бли­же 5 м друг от друга, объединенных горизонтальным электродом. Заземлители изготавливают из стержней диаметром не менее 10 мм, из уголковой стали сечением не менее 160 мм2, а также из труб.

Защиту от заноса высокого потенциала по подземным и наземным металлическим коммуникациям выполняют присоединением их к заземлителям на входе в резервуар.

Ввод линий электропередачи, сетей сигнализации дол­жен осуществляться только кабелями длиной не менее 50 м с металлической броней или оболочкой либо кабелями, проложенными в металлических трубах и коробах.

При использовании для молниезащиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h размеры зоны за­щиты определяются высотой h0 и радиусом r0 защитного конуса (рисунок ниже).

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Формулы для расчета величин h0 и r0 при различной надежности защиты (Рз) приведены в таблице ниже.

Расчет размеров защитного конуса, создаваемого одиночным молниеотводом

Радиус защитной зоны rx на высоте hx находится по формуле

Молниеотвод считается двойным, если расстояние меж­ду стержневыми молниеприемниками Lм не превышает предельного значения Lmax (таблица ниже). В противном слу­чае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Схема зоны защиты двойного стержневого молниеот­вода представлена на рисунке ниже.

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Расчет размеров внешних областей защиты двой­ного молниеотвода (полуконусов с габаритами h0 и r0) производится по формулам таблицы выше, справедливым для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей защиты находятся по формулам таблицы ниже.

Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Размеры внутренних областей защиты определяются параметрами h0 и hc, первый из которых равен макси­мальной высоте зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальной высоте зоны по середине меж­ду молниеотводами.

Если выполняется неравенство L = Lc, то можно при­нять hc = h0. Если же Lc = L = Lmax, то расчет hc выпол­няется по формуле

Размеры горизонтальных сечений зоны защиты вычисляются по следующим формулам:

• радиус защитной зоны rx на высоте hx

• длина горизонтального сечения lx на высоте hx

• ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами на высоте hx = hc равна 2rсх, где

Проверка состояния системы молниезащиты произ­водится 1 раз в год перед началом грозового сезона (март, апрель). При этом контролируют целостность и защищен­ность от коррозии доступных обзору частей молниепри­емников и токоотводов, а также контактов между ними. Кроме того, измеряют сопротивление току промышлен­ной частоты заземлителей отдельно стоящих молниеот­водов. Его величина не должна превышать результаты соответствующих замеров на стадии приемки более чем в 5 раз. В противном случае заземление подлежит реви­зии, в ходе которой выявляются элементы, требующие замены или ремонта, проверяется надежность электри­ческой связи между токоведущими элементами, опреде­ляется степень разрушения коррозией отдельных элемен­тов молниезащиты. По результатам ревизии принимает­ся решение о ее ремонте.

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

Организацию молниезащиты зданий и сооружений регулируют ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок в 7-я редакции). Скачайте их, а также инструкцию по оборудованию защиты от молний.

Читайте в нашей статье:

Что устанавливают ПУЭ 7 в части молниезащиты зданий и сооружений

Действующая в данный момент версия ПУЭ была утверждена . Предохранению объектов от воздействия электрического заряда посвящены две главы: 7.3.142-3 и 4.2.133. Первая устанавливает порядок защиты объектов от грозовых разрядов и статического электричества. В ней содержится ссылка на инструкцию РД 34.21.122-87. Глава 4.2.133 посвящена защите электрических подстанций и распределительных устройств от перенапряжений, которые могут быть вызваны ударом молнии.

Виды и устройство защиты от грозовых перенапряжений

Если говорить о классификации устройств защиты от грозовых перенапряжений, то помимо ПУЭ нужно будет ознакомиться со следующими инструкциями и государственными стандартами:

• РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений»;
• СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»;
• ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1»;
• «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2».

Выделяют несколько вариантов молниезащитных систем:

• Активная, то есть искусственно притягивающая к себе разряды молнии, используя для этого встроенный ионизатор.
• Пассивная – наиболее распространенная защита. Молния не во всех случаях попадает в такие отводы, но этот недостаток перекрывается низкой стоимостью таких устройств, а также их высокой надежностью.

Также различают внешний и внутренний типы защитных устройств.

К внешним относятся сетчатые молниеприемники, молниеприемные стержни, натянутые молниеприемные тросы. Все они работают по одному принципу, перехватывая разряд и отводя его в грунт. При ударе молнии молниеотвод принимает на себя разряд, по спускам отводит ток в землю, где он полностью рассеивается. Безопасность также обеспечивает заземлитель, состоящий из токопроводящих материалов.

Предохранительные системы внутреннего типа, состоящие из ряда устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), имеют другую функцию. Их задача – защитить бытовые приборы от перенапряжения в электросети, которое может быть вызвано ударом молнии. При этом разряд может попасть как в само здание, так и в непосредственной близости от него или .

Информацию об устройстве таких систем вы найдете в статье «Молниезащита: как устроена и зачем нужна»

Категории молниезащиты зданий

Согласно действующим стандартам, существует три категории молниезащиты зданий и сооружений. Причисление к ним зависит от ряда факторов: значимости объекта, частоты гроз в регионе, зафиксированных попаданий молний в здание.

Промышленные объекты со взрывоопасными зонами получают максимальный уровень защиты – первый. При этом не имеет значения, где именно располагается сооружение, и насколько интенсивными бывают грозы на этой территории. Главное назначение защитных устройств – перехват прямого удара молнии на пути к объекту.

Сюда также включают здания, в которых хранятся взрывоопасные вещества. Это могут быть открытые склады с , наружные технологические установки. Системы молниезащиты на таких объектах должны защищать от прямого попадания разряда, электромагнитной индукции и от заноса потенциалов через коммуникации.

К этому типу относятся постройки на территориях, где грозы длятся более 20 часов в год. Отводы и заземлители должны предохранять от прямого попадания молнии и от заноса высокого потенциала.

В тех случаях, когда кровля здания служит естественным молниеприемником, а само помещение не содержит взрывоопасных веществ и выполнено из несгораемых материалов, отдельные устройства молниезащиты не потребуются.

Устройство молниезащиты в зависимости от категории (по ПУЭ 7)

Объекты первой категории молниезащиты необходимо оснащать самыми сложными предохранительными системами. Такие здания должны быть оборудованы стоящими отдельно друг от друга тросовыми, либо стержневыми молниеотводами.

В зависимости от типа оборудования нужно подбирать соответствующий заземлитель. Здесь возможно несколько вариантов:

• Один подножник из железобетона, длина которого не менее 1,8 метров. Вместе с ним одна железобетонная свая, длина которой должна достигать порядка 6 метров.
• Одна опора диаметром не менее 0,5 м, сделанная из железобетона. При этом ее следует заглубить в землю не менее чем на 6 метров.
• Фундамент из железобетона, площадь поверхности контакта с землей которого довольно обширна. При этом фундамент может быть различенной формы.
• Искусственный заземлитель, который будет состоять из нескольких объединенных электродов.

Защиту зданий и сооружений второй/третьей категорий выполняют в формате молниеприемной сетки с определенным шагом ячейки. Также должны присутствовать отдельно стоящие или смонтированные на защищаемом объекте стержневые, либо тросовые молниеприемники.

Защита от грозовых перенапряжений РУ и ПС осуществляется:

от прямых ударов молнии - стержневыми и тросовыми молниеотводами;

от набегающих волн с отходящих линий - молнеотводами от прямых ударов молнии на определенной длине этих линий защитными аппаратами, устанавливаемыми на подходах и в РУ, к которым относятся разрядники вентильные (РВ), ограничители перенапряжений (ОПН), разрядники трубчатые (РТ) и защитные искровые промежутки (ИП).

Ограничители перенапряжений, остающиеся напряжения которых при номинальном разрядном токе не более чем на 10% ниже остающегося напряжения РВ или среднего пробивного напряжения РТ или ИП, называются далее соответствующими.

4.2.134

Открытые РУ и ПС 20-750 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии. Выполнение защиты от прямых ударов молнии не требуется для ПС 20 и 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1,6 МВ·А и менее независимо от количества таких трансформаторов и от числа грозовых часов в году, для всех ОРУ ПС 20 и 35 кВ в районах числом грозовых часов в году не более 20, а также для ОРУ и ПС 220 кВ и ниже на площадках с эквивалентным удельным сопротивлением земли в грозовой сезон более 2000 Ом·м при числе грозовых часов в году не более 20.

Здания закрытых РУ и ПС следует защищать от прямых ударов молнии в районах с числом грозовых часов в году более 20.

Защиту зданий закрытых РУ и ПС, имеющих металлические покрытия кровли, следует выполнять заземлением этих покрытий. При наличии железобетонной кровли и непрерывной электрической связи отдельных ее элементов защита выполняется заземлением ее арматуры.

Защиту зданий закрытых РУ и ПС, крыша которых не имеет металлических или железобетонных покрытий с непрерывной электрической связью отдельных ее элементов, следует выполнять стержневыми молниеотводами, либо укладкой молниеприемной сетки непосредственно на крыше зданий.

При установке стержневых молниеотводов на защищаемом здании от каждого молниеотвода должно быть проложено не менее двух токоотводов по противоположным сторонам здания.

Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной проволоки диаметром 6-8 мм и уложена на кровлю непосредственно или под слой негорючих утеплителя или гидроизоляции. Сетка должна иметь ячейки площадью не более 150 м (например, ячейка 12х12 м). Узлы сетки должны быть соединены сваркой. Токоотводы, соединяющие молниеприемную сетку с заземляющим устройством, должны быть проложены не реже чем через каждые 25 м по периметру здания.

В качестве токоотводов следует использовать металлические и железобетонные (при наличии хотя бы части ненапряженной арматуры) конструкции зданий. При этом должна быть обеспечена непрерывная электрическая связь от молниеприемника до заземлителя. Металлические элементы здания (трубы, вентиляционные устройства и пр.) следует соединять с металлической кровлей или молниеприемной сеткой.

При расчете числа обратных перекрытий на опоре следует учитывать увеличение индуктивности опоры пропорционально отношению расстояния по токоотводу от опоры до заземления к расстоянию от заземления до верха опоры.

При вводе в закрытые РУ и ПС ВЛ через проходные изоляторы, расположенные на расстоянии менее 10 м от токопроводов и других связанных с ним токоведущих частей, указанные вводы должны быть защищены РВ или соответствующими ОПН. При присоединении к магистралям заземления ПС на расстоянии менее 15 м от силовых трансформаторов необходимо выполнение условий 4.2.136.

Для расположенных на территории ПС электролизных зданий, помещений для хранения баллонов с водородом и установок с ресиверами водорода молниеприемная сетка должна иметь ячейки площадью не более 36 м (например, 6х6 м).

Защита зданий и сооружений, в том числе взрывоопасных и пожароопасных, а также труб, расположенных, на территории электростанций, осуществляется в соответствии с технической документацией, утвержденной в установленном порядке.

4.2.135

Защита ОРУ 35 кВ и выше от прямых ударов молнии должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на конструкциях стержневыми молниеотводами. Рекомендуется использовать защитное действие высоких объектов, которые являются молниеприемниками (опоры ВЛ, прожекторные мачты, радиомачты и т.п.).

На конструкциях ОРУ 110 кВ и выше стержневые молниеотводы могут устанавливаться при эквивалентном удельном сопротивлении земли в грозовой сезон: до 1000 Ом·м - независимо от площади заземляющего устройства ПС; более 1000 до 2000 Ом·м - при площади заземляющего устройства ПС 10000 м и более.

Установка молниеотводов на конструкциях ОРУ 35 кВ допускается при эквивалентном удельном сопротивлении земли в грозовой сезон: до 500 Ом·м - независимо от площади заземляющего контура ПС, более 500 Ом·м - при площади заземляющего контура ПС 10000 м и более.

От стоек конструкций ОРУ 35 кВ и выше с молниеотводами должно быть обеспечено растекание тока молнии по магистралям заземления не менее чем в двух направлениях с углом не менее 90° между соседними. Кроме того, должно быть установлено не менее одного вертикального электрода длиной 3-5 м на каждом направлении, на расстоянии не менее длины электрода от места присоединения к магистрали заземления стойки с молниеотводом.

Если зоны защиты стержневых молниеотводов не закрывают всю территорию ОРУ, дополнительно используют тросовые молниеотводы, расположенные над ошиновкой.

Гирлянды подвесной изоляции на порталах ОРУ 20 и 35 кВ с тросовыми или стержневыми молниеотводами, а также на концевых опорах ВЛ должны иметь следующее количество изоляторов:

1) на порталах ОРУ с молниеотводами:

не менее шести изоляторов при расположении вентильных разрядников или соответствующих им по уровню остающихся напряжений ОПН не далее 15 м по магистралям заземляющего устройства от места присоединения к нему;

не менее семи изоляторов в остальных случаях;

2) на концевых опорах:

не менее семи изоляторов при подсоединении к порталам троса ПС;

не менее восьми изоляторов, если трос не заходит на конструкции ПС и при установке на концевой опоре стержневого молниеотвода.

Число изоляторов на ОРУ 20 и 35 кВ и концевых опорах должно быть увеличено, если это требуется по условиям гл.1.9.

При установке молниеотводов на концевых опорах ВЛ 110 кВ и выше специальных требований к выполнению гирлянд изоляторов не предъявляется. Установка молниеотводов на концевых опорах ВЛ 3-20 кВ не допускается.

Расстояние по воздуху от конструкций ОРУ, на которых установлены молниеотводы, до токоведущих частей должно быть не менее длины гирлянды.

Место присоединения конструкции со стержневым или тросовым молниеотводом к заземляющему устройству ПС должно быть расположено на расстоянии не менее 15 м по магистралям заземления от места присоединения к нему трансформаторов (реакторов) и конструкций КРУН 6-10 кВ.

Расстояние в земле между точкой заземления молниеотвода и точкой заземления нейтрали или бака трансформатора должно быть не менее 3 м.

4.2.136

На трансформаторных порталах, порталах шунтирующих реакторов и конструкциях ОРУ, удаленных от трансформаторов или реакторов по магистралям заземления на расстоянии менее 15 м, молниеотводы могут устанавливаться при эквивалентном удельном сопротивлении земли в грозовой сезон не более 350 Ом·м и при соблюдении следующих условий:

1) непосредственно на всех выводах обмоток 3-35 кВ трансформаторов или на расстоянии не более 5 м от них по ошиновке, включая ответвления к защитным аппаратам, должны быть установлены соответствующие ОПН 3-35 кВ или РВ;

2) должно быть обеспечено растекание тока молнии от стойки конструкции с молниеотводом по трем-четырем направлениям с углом не менее 90° между ними;

3) на каждом направлении, на расстоянии 3-5 м от стойки с молниеотводом, должно быть установлено по одному вертикальному электроду длиной 5 м;

4) на ПС с высшим напряжением 20 и 35 кВ при установке молниеотвода на трансформаторном портале сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом без учета заземлителей, расположенных вне контура заземления ОРУ;

5) заземляющие проводники РВ или ОПН и силовых трансформаторов рекомендуется присоединять к заземляющему устройству ПС поблизости один от другого или выполнять их так, чтобы место присоединения РВ или ОПН к заземляющему устройству находилось между точками присоединения заземляющих проводников портала с молниеотводом и трансформатора. Заземляющие проводники измерительных трансформаторов тока необходимо присоединить к заземляющему устройству РУ в наиболее удаленных от заземления РВ или ОПН местах.

4.2.137

Защиту от прямых ударов молнии ОРУ, на конструкциях которых установка молниеотводов не допускается или нецелесообразна по конструктивным соображениям, следует выполнять отдельно стоящими молниеотводами, имеющими обособленные заземлители с сопротивлением не более 80 Ом при импульсном токе 60 кА.

Расстояние , м, между обособленным заземлителем молниеотвода и заземляющим устройством ОРУ (ПС) должно быть равным (но не менее 3 м):

где - импульсное сопротивление заземления, Ом, отдельно стоящего молниеотвода.

Расстояние по воздуху , м, от отдельностоящего молниеотвода с обособленным заземлителем до токоведущих частей, заземленных конструкций и оборудования ОРУ (ПС) должно быть равным (но не менее 5 м):

,

где - высота рассматриваемой точки на токоведущей части или оборудовании над уровнем земли, м.

Заземлители отдельно стоящих молниеотводов в ОРУ могут быть присоединены к заземляющему устройству ОРУ (ПС) при соблюдении указанных в 4.2.135 условий установки молниеотводов на конструкциях ОРУ. Место присоединения заземлителя отдельно стоящего молниеотвода к заземляющему устройству ПС должно быть удалено по магистралям заземления на расстояние не менее 15 м от места присоединения к нему трансформатора (реактора). В месте присоединения заземлителя отдельно стоящего молниеотвода к заземляющему устройству ОРУ 35-150 кВ магистрали заземления должны быть выполнены по двум-трем направлениям с углом не менее 90° между ними.

Заземлители молниеотводов, установленных на прожекторных мачтах, должны быть присоединены к заземляющему устройству ПС. В случае несоблюдения условий, указанных в 4.2.135, дополнительно к общим требованиям присоединения заземлителей отдельно стоящих молниеотводов должны быть соблюдены следующие требования:

1) в радиусе 5 м от молниеотвода следует установить три вертикальных электрода длиной 3-5 м;

2) если расстояние по магистрали заземления от места присоединения заземлителя молниеотвода к заземляющему устройству до места присоединения к нему трансформатора (реактора) превышает 15 м, но менее 40 м, то на выводах обмоток напряжением до 35 кВ трансформатора должны быть установлены РВ или ОПН.

Расстояние по воздуху от отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель которого соединен с заземляющим устройством ОРУ (ПС), до токоведущих частей должно составлять:

,

где - высота токоведущих частей над уровнем земли, м; - длина гирлянды изоляторов, м.

4.2.138

Тросовые молниеотводы ВЛ 110 кВ и выше, как правило, следует присоединять к заземленным конструкциям ОРУ (ПС).

От стоек конструкций ОРУ 110-220 кВ, к которым присоединены тросовые молниеотводы, должны быть выполнены магистрали заземления не менее чем по двум-трем направлениям с углом не менее 90° между ними.

Тросовые молниеотводы, защищающие подходы ВЛ 35 кВ, разрешается присоединять к заземленным конструкциям ОРУ при эквивалентном удельном сопротивлении земли в грозовой сезон: до 750 Ом·м - независимо от площади заземляющего контура ПС; более 750 Ом·м - при площади заземляющего контура ПС 10000 м и более.

От стоек конструкций ОРУ 35 кВ, к которым присоединены тросовые молниеотводы, магистрали заземления должны быть выполнены не менее чем по двум-трем направлениям с углом не менее 90° между ними. Кроме того, на каждом направлении должно быть установлено по одному вертикальному электроду длиной 3-5 м на расстоянии не менее 5 м.

Сопротивление заземлителей ближайших к ОРУ опор ВЛ напряжением 35 кВ не должно превышать 10 Ом.

Тросовые молниеотводы на подходах ВЛ 35 кВ к тем ОРУ, к которым не допускается их присоединение, должно заканчиваться на ближайшей к ОРУ опоре. Первый от ОРУ бестросовый пролет этих ВЛ должен быть защищен стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми на ПС, опорах ВЛ или около ВЛ.

Гирлянды изоляторов на порталах ОРУ 35 кВ и на концевых опорах ВЛ 35 кВ следует выбирать в соответствии с 4.2.135.

4.2.139

Устройство и защита подходов ВЛ к ОРУ и ПС должны отвечать требованиям, приведенным в 4.2.138, 4.2.142-4.2.146, 4.2.153-4.2.157.

4.2.140

Не допускается установка молниеотводов на конструкциях:

трансформаторов, к которым открытыми токопроводами присоединены вращающиеся машины;

опор открытых токопроводов, если к ним присоединены вращающиеся машины.

Порталы трансформаторов и опоры открытых токопроводов, связанных с вращающимися машинами, должны входить в зоны защиты отдельно стоящих или установленных на других конструкциях молниеотводов.

Указанные требования относятся и к случаям соединения открытых токопроводов с шинами РУ, к которым присоединены вращающиеся машины.

4.2.141

При использовании прожекторных матч в качестве молниеотводов электропроводку к ним на участке от точки выхода из кабельного сооружения до мачты и далее по ней следует выполнять кабелями с металлической оболочкой либо кабелями без металлической оболочки в трубах. Около конструкции с молниеотводом эти кабели должны быть проложены непосредственно в земле на протяжении не менее 10 м.

В месте ввода кабелей в кабельное сооружение металлическая оболочка кабелей, броня и металлическая труба должны быть соединены с заземляющим устройством ПС.

4.2.142

Защита ВЛ 35 кВ и выше от прямых ударов молнии на подходах к РУ (ПС) должна быть выполнена тросовыми молниеотводами в соответствии с табл.4.2.8.

Таблица 4.2.8 Защита ВЛ от прямых ударов молнии на подходах к РУ и подстанциям

* Выбор длины защищаемого подхода производится с учетом табл.4.2.10-4.2.13.

** На подходах ВЛ 110-330 кВ с двухцепными опорами заземляющие устройства опор рекомендуется выполнять с сопротивлением вдвое меньшим указанного в табл.4.2.8.

*** На железобетонных опорах допускается угол защиты до 30°.

**** Для опор с горизонтальным расположением проводов, устанавливаемых в земле с эквивалентным удельным сопротивлением более 1000 Ом·м, допускается сопротивление заземляющего устройства 30 Ом.

На каждой опоре подхода, за исключением случаев, предусмотренных в 2.5.122, трос должен быть присоединен к заземлителю опоры.

Допускается увеличение по сравнению с приведенными в табл.4.2.8 сопротивлений заземляющих устройств опор на подходах ВЛ 35 кВ и выше к ПС при числе грозовых часов в году не менее 20 - в 1,5 раза; менее 10 - в 3 раза.

Если выполнение заземлителей с требуемыми сопротивлениями заземления оказывается невозможным, должны быть применены горизонтальные заземлители, прокладываемые вдоль оси ВЛ от опоры к опоре (заземлители-противовесы) и соединяемые с заземлителями опор.

В особо гололедных районах и в районах с эквивалентным удельным сопротивлением земли более 1000 Ом·м допускается выполнение защиты подходов ВЛ к РУ (ПС) отдельно стоящими стержневыми молниеотводами, сопротивление заземлителей которых не нормируется.