В соответствии с «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД 34.12.122 – 87) в зависимости от взрывопожа-роопасности объектов, среднегодовой продолжительности гроз, а также от ожидаемого количества поражений молнией в год устанавливаются 3 категории устройства молниезащиты и 2 типа (А, Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии.
Степень взрывопожароопасности объектов оценивается по классификации зон по «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) .
К первой категории относятся объекты с взрывоопасными зонами классов В-I, В-II независимо от места расположения объекта и от интенсивности грозовой деятельности. Тип зоны защиты объектов от прямых ударов молнии А (т.е. обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5 % прямых ударов молнии).
По второй категории осуществляется защита объектов, относимых по классификации по ПУЭ к взрывоопасным зонам классов В-Iа, В-Iб и В-IIа в местностях со средней продолжительностью гроз 10 часов в год и более. Тип зоны защиты определяется по ожидаемому количеству поражений объекта молнией в год (при N > 1 должна обеспечиваться зона защиты А, при N ≤ 1 – зона защиты Б (перехват не менее 95 % прямых ударов молнии).
Наружные установки, отнесенные согласно ПУЭ к зоне класса В-Iг, независимо от места расположения и интенсивности грозовой деятельности относятся ко второй категории с зоной защиты Б.
По третьей категории организуется защита объектов, относимых по ПУЭ к пожароопасным зонам классов П-I, П-II, П-IIа при расположении объектов в местностях со средней грозовой деятельностью 20 часов в год и более. При ожидаемом количестве поражений в год N > 2 должна обеспечиваться зона защиты типа А, в остальных случаях – типа Б. По третьей
категории производится защита наружных установок и открытых складов, отнесенных согласно ПУЭ к зоне класса ПIII, а также общественных и жилых зданий, башен, вышек, труб предприятий.
Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к первой и второй категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индукции и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации.
Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к третьей категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические конструкции.
Объекты первой категории молниезащиты защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими стержневыми, тросовыми молниеотводами или молниеотводами, устанавливаемыми на защищаемом объекте, но электрически изолированными от него. Импульсное электросопротивление заземлителя для каждого токоотвода на объектах первой категории защиты должно быть не более 10 Ом.
Для защиты от ударов молнии объектов второй категории применяют отдельно стоящие или установленные на защищаемом объекте не изолированные от него стержневые и тросовые молниеотводы. Допускается использование в качестве молниеприемника металлической кровли здания или молниеприемной сетки (из проволоки диаметром 6 – 8 мм и ячейками 6 ´ 6 м), накладываемой на неметаллическую кровлю. Импульсное сопротивление каждого заземлителя должно быть не более 10 Ом.
Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко второй категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и электростатической индукции.
Для защиты от прямых ударов молнии заглубленных в землю резервуаров разрешается использовать магниевые протекторы, предназначенные для защиты от коррозии, с выполнением следующих условий:
1) стальной стержень протектора и присоединяемый к нему проводник токоотвода должны иметь диаметр не менее 6 мм, а при высокой агрессивности грунтов – не менее 8 мм и быть оцинкованными;
2) соединение стержня протектора и проводника токоотвода должно быть выполнено сваркой внахлест на длину, равную не менее шести диаметров проводника;
3) импульсное сопротивление растеканию тока заземлителя должно быть не менее 50 Ом.
Для защиты резервуаров от электромагнитной индукции все подведенные к резервуару трубопроводы, кабели в металлическом корпусе и другие протяженные металлические конструкции, расположенные друг от друга на расстоянии 10 см и менее, должны быть соединены через каждые 25 – 30 м металлическими перемычками установленного сечения.
Для предотвращения заноса высоких потенциалов в резервуар по трубопроводам и другим коммуникациям последние необходимо в месте ввода их в резервуары присоединить к одному из заземлителей резервуара.
Наружные металлические установки, содержащие взрывоопасные газы, пары, легковоспламеняющиеся жидкости (установки класса В-Iг), а также сжиженные газы, должны быть защищены от прямых ударов молнии следующим образом:
а) корпуса установок или отдельных емкостей при толщине металла
крыши менее 4 мм должны быть защищены молниеотводами, установлен
ными отдельно или на самом сооружении;
б) корпуса установок или отдельных емкостей при толщине металла
крыши 4 мм и более, а также отдельные емкости объемом менее 200 м³ не
зависимо от толщины металла крыши достаточно присоединить к заземли-
телям.
Наружные установки класса В-Iг с корпусами из железобетона должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими или установленными на них молниеотводами.
Для наружных установок со сжиженными газами при объеме парка резервуаров более 8000 м³, а также для наружных парков резервуаров класса В-Iг с корпусами из металла и железобетона при общем объеме парка более 100 тыс. м³ защиту от прямых ударов молнии следует, как правило, выполнять отдельно стоящими молниеотводами; допускается в экономически обоснованных случаях защита молниеотводами, установленными на самих резервуарах. При защите металлических резервуаров отдельно стоящими молниеотводами корпуса резервуаров должны быть присоединены к заземлителям, и к этим же заземлителям допускается присоединение токоотводов отдельно стоящих молниеотводов.
Парки подземных железобетонных резервуаров класса В-Iг, не облицованных изнутри металлическим листом, должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами. В зону защиты этих молниеотводов должно входить пространство, основание которого выходит за пределы резервуарного парка на 40 м от стенок крайних резервуаров в каждую сторону, а высота должна быть равна высоте газоотвод-
ных или дыхательных клапанов плюс 2,5 м. Парки подземных железобетонных резервуаров, содержащих мазут, при подмешивании к нему легких углеводородов и при подогреве также должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами, в зону защиты которых должно входить пространство с основанием, совпадающим с территорией резервуарного парка, и высотой, равной высоте газоотводных или дыхательных клапанов плюс 2,5 м.
Очистные сооружения должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими или установленными на сооружениях молниеотводами, если температура вспышки продукта превышает его рабочую температуру менее чем на 10 ºС. В зону защиты молниеотводов должно входить пространство, ограниченное параллелепипедом, основание которого выходит за пределы очистного сооружения на 5 м в каждую сторону от его стенок, а высота равна высоте сооружения плюс 3 м.
Если на наружных установках или емкостях класса В-Iг или на подземных железобетонных резервуарах, облицованных изнутри металлическим листом, имеются газоотводные или дыхательные трубы, то они и пространство над ними должны быть защищены от прямых ударов молнии. Такое же пространство должно быть защищено над срезом горловин цистерн, в которые производят открытый налив продукта на сливно-наливной эстакаде. Защите от прямых ударов молнии подлежат имеющиеся на установках и емкостях класса В-Iг дыхательные клапаны и пространство над ними, ограниченное цилиндром высотой 2,5 м и радиусом 5 м.
Эти газоотводные и дыхательные трубы, а также дыхательные клапаны могут служить опорными конструкциями для установки молниеотводов.
Для наружных установок заземлители защиты от прямых ударов молнии должны иметь импульсное сопротивление не более 50 Ом на каждый токоотвод и к ним должны быть присоединены молниеотводы, металлические корпуса и другие металлические конструкции установок.
Присоединение к заземлителям должно осуществляться не более чем через 50 м по периметру основания установки. При этом число присоединений должно быть не менее двух.
2.4. Расчет количества поражений объекта молнией в течение года (N )
Исходными данными для расчета количества поражений (N ) молнией в год являются:
– среднегодовая продолжительность гроз в часах в месте расположения объекта;
– наибольшая высота здания или сооружения, h , м;
– ширина здания, s , м;
– длина здания, l , м;
– среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю), n.
Среднегодовая продолжительность гроз в часах определяется по карте (РД 34.21.122 –87) или по утвержденным региональным картам продолжительности гроз, или по средним многолетним данным метеонаблюдений (в течение 10 лет).
Определив среднегодовую продолжительность гроз, находим удельную плотность ударов молнии в землю n , 1/(кмІ/год) (табл. 6).
Таблица 6 Удельная плотность ударов молнии
Атмосферные явления с образованием молний, сопровождаемых яркими вспышками света, громом, называют грозами. Молнии – это грозовые разряды электричества, возникающие между облаками и Землей; внутри облаков.
Опасность для жизни людей, сохранности промышленных, общественных строений, высотных инженерных сооружений – дымовых труб, антенн телевидения, радиосвязи, включая сотовую; вышек, опор электрических сетей; технологического оборудования, расположенного на открытых промышленных площадках, например, для ректификационных колонн предприятий нефтепереработки представляют молнии первого типа.
Необходимость устройства молниезащиты связана с тем, что напряжение при грозовых разрядах достигает 50 млн. В, а сила тока – до 100 тыс. А; с выделением огромного количества световой, звуковой и тепловой энергии. Грозовые разряды являются электрическими взрывами, сходными с детонацией, наносящими разрушения строениям, ломающими деревья, послужившие им источниками заземления; травмируют, контузят людей, что нередко приводит к их гибели.
Молниезащитой называют комплекс технических решений, что надежно обеспечивают безопасность людей, предохранение строений различного назначения, высотных объектов; технологического, инженерного оборудования производственных объектов; коммуникаций инфраструктуры населенных пунктов, линий электропередач как от прямых ударов грозовых разрядов, электромагнитной, электростатической индукции, так и от передачи электротока через металлоконструкции, коммуникации.
Заземление и молниезащита – это то, чем согласно нормам должны быть оборудованы промышленные здания, инженерные коммуникации, а также другие объекты. Кроме того, пункт 4 статьи 50 предписывает в качестве одного из способов исключения источников зажигания устраивать защиту от молний для зданий, оборудования для повышения уровня .
Нормы устройства молниезащиты
Учитывая, что строения, сооружения, технологические установки, коммуникации довольно сильно отличаются по своему устройству, исполнению разработаны государственные, ведомственные, корпоративные нормы; стандарты, правила проектирования для организации оптимальной, эффективной защиты от грозовых разрядов для каждого типа объектов – от производственных объектов, где она впервые стала применяться, до жилых домов.
В основе норм, что регламентируют создание технической защиты от молний, опыт организации электрической безопасности строений разного вида, назначения, с учетом особенностей, присущих современным постройкам, сооружениям и коммуникациям инфраструктуры, связи.
Требования к молниезащите изложены во многих официальных документах. Проектирование, расчет молниезащиты ведется на основании следующей нормативно-технической базы:
- « ». В настоящее время действует седьмое и некоторые главы шестого издания этого основополагающего документа, без знания требований которого невозможно проектирование любых видов, типов электрических установок, оборудования, аппаратуры защиты от поражения электротоком, включая молниезащиту. Промышленная безопасность защищаемых объектов с помещений, зданий также невозможна без этого вида защиты от высоковольтных разрядов электрического тока. Это учитывают требования по организации, исполнению молниезащиты для различных видов строений, инженерных сооружений, электрических коммуникаций, указанные в нескольких главах ПУЭ. Главы 2.4, 2.5 – для воздушных линий электропередач с рабочим напряжением меньше и больше 1 кВ соответственно, включая карту районирования территории России с указанием длительности гроз в году, что необходимо при проектировании систем, устройств молниезащиты. Глава 4.2 – для распределительных устройств, электрических подстанций напряжением больше 1 тыс. В. Глава 4.3 – для преобразовательных подстанций, установок.
- . Ее предназначение видно из названия. Несмотря на то что документ утвержден еще Министерством энергетики Советского Союза, по согласованию с Госстроем, он действует и сегодня.
- Некоторые ее положения неизбежно устарели, не успевая за научно-техническим прогрессом, поэтому при проектировании современных технических систем, устройств защиты от грозовых разрядов пользуются российскими ГОСТ, идентичными стандартам Международной электротехнической комиссии; а также отечественными инструкциями по молниезащите, вышедшими в свет позднее.
- Один из этих документов СО 153-34.21.122-2003, разработанный тем же коллективом ученых, регламентирует устройство молниезащиты как строений, так и инфраструктурных коммуникаций.
- ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 , ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 , представляющие собой две части одного национального стандарта о менеджменте рисков при защите объектов от грозовых разрядов. В первой части сформулированы общие принципы, во второй – методики оценки рисков гибели, получения травм от поражения электротоком людей; полного/частичного разрушения объектов, общественных коммуникаций; экономических потерь от попадания молний.
- Важно, что при этом рассматриваются такие факторы, как , так как в расчетах учитываются пространства с огнеопасной средой – воздушной смесью паров , газов, пыли.
- ГОСТ Р МЭК 62561.1-2014 . Это первая часть национального стандарта об элементах систем защиты от молний, касающаяся требований к их частям, соединениям.
- ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014 – к проводникам, электродам заземления.
- ГОСТ Р МЭК 62561.3-2014 – к распределительным разрядникам.
- ГОСТ Р МЭК 62561.4-2014 – к элементам крепления.
- ГОСТ Р МЭК 62561.5-2014 – к смотровым колодцам, уплотнителям электродов заземления.
Требования к проектированию, устройству заземления, защиты от молний электроустановок, оборудования зданий, линий электропередач в СССР также устанавливал СНиП 3.05.06-85 об электротехнических устройствах. Сегодня действует свод правил, выпущенный как его актуализированная версия – СП 76.13330.2016 .
Помимо норм, действующих на территории РФ, следуют упомянуть сходные требования к системам защиты от грозовых зарядов, применяемые в союзных государствах. В Республике Казахстан – это СП РК 2.04-103-2013 об устройстве молниезащиты объектов, вышедший взамен аналогичной инструкции СН РК 2.04-29-2005; в Республике Беларусь – технический кодекс о защите от молний объектов, инженерных коммуникаций.
Тип зон молниезащиты
Под системами защиты от молний объектов, инженерных, коммуникаций и технологического оборудования понимают внешние и внутренние технические устройства, позволяющие защитить их как от прямого воздействия ударов молний, так и от вторичных воздействий – электрических, электромагнитных полей, сопровождающий грозовой разряд.
Различают активные и пассивные системы защиты от молний.
Пассивная , способная перехватить молнию до ее разряда на конструкции строительного объекта, корпуса оборудования или части инженерного, коммуникационного сооружения, и отвести заряд в землю, состоит из следующих элементов:
- Приемника молний.
- Молниеотводов.
- Заземляющих устройств.
В активной системе к этим неотъемлемым элементам добавляются устройства, генерирующие восходящий поток ионов, притягивающий к себе грозовой разряд.
Проектируются, монтируются несколько видов систем молниезащиты – стержневая, тросовая, которые по результатам проведенных расчетов, в зависимости от количества стержней/тросов, их расстановки/расположения, конфигурации площади защиты, могут создавать два типа зон молниезащиты:
- А. Степень надежности защиты – от 99, 5%.
- Б – от 95%.
На практике, если строительный объект, технологическая установка, вышка, столб, антенна инженерных коммуникаций полностью находится в зоне защиты от попадания молний, вероятность их поражения грозовым электрическим разрядом стремится к нулю.
Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
Существуют следующие категории молниезащиты строительных объектов , зависящие от назначения, значимости, и возможности взрыва; – наличия, количества, вида взрывопожароопасных материалов; региональной частотности грозовых разрядов; зафиксированных попаданий молний:
- I категория , имеющая наивысший уровень защиты от возможного прямого попадания молний в объект. Это производственные объекты с наличием взрывоопасных зон классов опасности В-I, II. Тип зоны защиты – А.
- II категория . Это здания производственного, складского назначения, открытые площадки как с хранением ЛВЖ, ГЖ, так и с установленным на них технологическим оборудованием, где они обращаются; а также взрывоопасные производства, наружные установки классом опасности ниже В-Iа. Тип зоны защиты для технологического оборудования, установленного на открытых промышленных площадках – Б; для объектов – А или Б в зависимости от прогнозируемого количества грозовых разрядов в год.
- III категория . К ней относятся строительные объекты различного назначения III–V степеней стойкости к огню в районах, где годовая продолжительность гроз больше 20 часов. Основной тип молниезащиты – Б.
Определить все основные параметры системы защиты от попадания молний для любого конкретного объекта можно по таблице 1 РД 34.21.122.
Виды молниезащиты
Система молниезащиты в зависимости от категории объектов может быть нескольких видов:
- Защищающая от прямых ударов. Устройства, используемые для этого, называют молниеотводами, состоящими из несущей опоры, в качестве которой может служить сам строительный объект, приемника разряда, токоотвода и заземлителя. Применяют как стержневые, тросовые молниеотводы, так и металлическую сетку, уложенную на кровлю защищаемого объекта. Для воздушных линий электропередач используют грозозащитные тросы, принимающие разряд молнии.
- От электростатической индукции. Осуществляется путем подсоединения всего электрооборудования к системе заземления объекта.
- От электромагнитной индукции. Для этого в местах соединений устраиваются токопроводящие перемычки между участками трубопроводов, эстакад.
- От заноса электрического потенциала, вызванного грозовым разрядом. Для этого все входящие в здания, сооружения коммуникации, включая металлическую оболочку электрических кабелей напряжением до 1 тыс. В, заземляются. Воздушные линии электропередач на подходах к объекту оборудуют грозозащитными тросами, а на опорах монтируют разрядники, ограничители перенапряжения.
Средства и способы молниезащиты
К средствам защиты от грозовых разрядов электричества относят:
- стержневые приемники молний;
- грозозащитные тросы;
- сетчатые молниеприемники;
- токоотводы;
- контуры заземления строительных объектов.
Варианты исполнения молниезащиты бывают двух видов:
- Внешний, защищающий от прямого воздействия высокопотенциального электрического разряда, способного вызвать разрушения, взрывы и пожары, за счет его отвода в землю для рассеивания энергии.
- Внутренний. Для защиты от вторичных факторов прямого или близкого к защищаемому объекту удара молнии. Для этого используют различные типы специальных приборов, называемых УЗИП – устройствами защиты от импульсных перенапряжений.
Установка молниезащиты, испытание молниезащиты по окончании монтажных работ производится организациями, выполняющими электротехнические работы.
Эксплуатация молниезащиты не требует дополнительных затрат, рассчитана на длительный период. Но, осмотр молниезащиты на предмет обнаружения механических повреждений приемников разряда, токоотводящих, заземляющих элементов, связей между ними все же обязателен.
Проверка молниезащиты позволяет собственникам объектов, руководству предприятий, организаций быть уверенными, что она не подведет в опасный грозовой период.
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.
- Эксплуатация зданий и сооружений – нормативные документы
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.
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
- 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).
- 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:
- 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).
- 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).
- 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
- 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.
- 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):
- Молниеотводы – сооружения, которые перехватывают разряд. Изготавливаются из металла, как правило, нержавеющей стали, меди или алюминия.
- Спуски (токоотводы) – металлические выпуски, по которым разряд отводится от молниеприемника к заземлителю.
- 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 защиты от импульсных перенапряжений (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:
- С приоритетом безопасности. УЗИП не разрушается, молниезащита работает бесперебойно. При ударе молнии полностью отключает потребителей.
- 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 :
- УЗИП 1 ступени. Класс B. Рассчитаны на токовые броски до 100кА. Устанавливаются в подготовленных металлических шкафах в вводно-распределительном устройстве или на главном электрощите.
- 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.
- 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.
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.
