На сегодняшний день имеются различные нормы, по которым производится устройство молниезащиты, что обусловлено различным качеством и типом материалов, из которых построено сооружение и строение, которым необходима защита, чтобы их не поразила молния и ее прямой удар.
Официальные нормы и устройство, по которым монтируется молниезащита, основываются на имеющейся практике организации, в которых достигается защита различных типов объектов недвижимости от высокопотенциальных электрических ударов, которыми характеризуется молния с учётом всех особенностей строений.
Проектирование и монтаж, которыми молниезащита регламентируется и устанавливается на здание или сооружение как система, определяется следующим перечнем нормативных документов:
«Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) 6-7 издания. Данный документ является базовым в области, где необходима защита различных объектов. Он регламентирует молниезащиту воздушных линий электропередач, электроподстанций, здание, инфраструктурных коммуникаций.
Целый ряд документов ГОСТ регламентирует общие принципы, в которых защита объектов от высокоимпульсных электрических разрядов, предписывает нормы к устройству различных элементов молниезащиты, утверждает национальный стандарт в данной области. Это необходимо, чтобы молниезащита не подвела и оберегла здание или сооружение как система.
Тип зон молниезащиты
Системы, по которым достигается молниезащита, представляют техническое устройство, делимое на внешнее и внутреннее, которыми обеспечивается защита объектов от:
- прямого удара электрических разрядов, которыми характерна молния,
- вторичных воздействий, которыми сопровождается молния – электрических и электромагнитных полей.
Молниезащита имеет 2 вида: пассивную и активную.
- Первая защита перехватывает молнию до того, как произойдет прямой удар в объект и отводит импульс в землю. Включает в себя молниеприемник, молниеотвод и контуры заземления.
- Активная молниезащита не ждет, когда молния произведет прямой удар в сооружение, она сама притягивает электрический импульс. Чтобы молния точно была уловлена, к пассивной защите добавляется генератор восходящего потока ионов. Это более надежная молниезащита, здание или сооружение точно не пострадает.
На степень, где имеется надежная защита объекта от грозового разряда, влияют:
- вид конструкции (стержневая, тросовая);
- количество токоотводов;
- расположение токоотводов;
- здание или сооружение, форма площади защищаемого объекта.
Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
Сегодня молниезащита имеет три категории, призванные защищать и определяемые:
- классами пожароопасности и взрывоопасности;
- присутствием материалов, способных воспламеняться и взрываться, если в них произойдет прямой удар и попадет молния, их вид и количество;
- как погодная система, частотой и интенсивностью молний в регионе;
- фактических попаданий электрических разрядов в здание или сооружение.
Защита I категории
Это самый высокий уровень защиты типа А от прямого удара, который может сделать молния. Устанавливается на производственные объекты, имеющие взрывоопасные зоны, классифицируемые классом опасности В-I, В-II.
Защита II категории
Устанавливается на здание или сооружение производств, склады, промплощадки с расположенными на них механизмами. На производственные здания со взрывоопасным содержанием устанавливается наружная молниезащита и система классом опасности В-I а.
Защита III категории
Устанавливается на объекты III–V степеней огнестойкости. Тип защиты – Б.
Виды молниезащиты
Устанавливаемая молниезащита определяется категориями объектов. Виды молниезащиты:
- Защита объекта от прямого воздействия, который может произвести молния. Самая распространенная конструкция – стальной молниеотвод в виде токопроводящего стержня или троса, соединяющий приемник с контуром заземления. Молния попадает прямо в него.
- Защита от напряжения электроиндукции. Для этого все части электрооборудования заземляются, как закрытая система.
- Защита от излучения электроиндукции. Перемычками из металла соединяются элементы трубопроводов.
- Защита от электропотенциала, ушедшего в занос. Заземляются все составляющие элементы объекта, включая коммуникации и токопроводящую оболочку электрокабелей до 1000 Вт, как закрытая система. Молния обладает свойством заноса, способным повредить здание или сооружение.
Средства и способы молниезащиты
Для защиты от молний объектов недвижимости, неметаллических труб, конструкций, площадок с оборудованием используют следующие средства защиты:
- стальные молниеприемники, заостренные на верхнем конце, в которые попадает молния;
- стальное кольцо, соединяющее молниеприемники;
- молниеприемник в виде металлической сетки;
- стержневые или тросовые молниеотводы различной длины, по которым молния уходит в землю;
- контурные элементы и заземление, как закрытая система.
Все действия по установке молниезащиты, её замеры после завершения работ выполняются исключительно теми организациями, которые имеют допуск к электротехническим работам подобного качества. Последующая эксплуатация молниезащитных конструкций не предполагает дополнительных затрат и рассчитана на достаточно длительный период без проведения специального технического обслуживания. Следует помнить, что молния не терпит небрежительного отношения как активная система.
Обязательным является регулярный осмотр конструкций, чтобы молниезащита срабатывала, особенно при приближении активного грозового фронта, который производится для обнаружения возможных повреждений каких-либо элементов молниезащиты. Особое внимание уделяется монолитности конструкции, поскольку любой разрыв токопроводящего пути оставит объект без защиты от высокопотенциальных электрических разрядов. Если имеется разрыв в любой части цепи, молния причинит разрушение, как агрессивная система.
Требования к выполнению молниезащиты зданий и сооружений
Молниезащита в проектировании и монтаже имеет специальные задокументированные требования, которые являются обязательными к исполнению во время проведения монтажных работ. На сегодняшний день разработаны 3 категории, в которых имеется защита капитальных объектов, зависящих от типа недвижимости и его пожаро- и взрывоопасности.
Молниезащита I категории
Молниезащита l категории используется для строений, относимых к зоне защищенности типа А. Попадающая молния отводится от таких сооружений через молниеотводы, расположенные на некотором расстоянии от строения. Расчёт параметров токоотводящих тросов и их установка производится по “Инструкции по устройству молниезащиты для зданий и сооружений РД 34.21.122-87”, пп. 2.3, 2.4, 2.5.
П. 1.8. определяет тип заземлителя, для которого рассчитывается количество подножников, длина свай, утопленных в почву, площадь соприкосновения с грунтом железобетонного основания объекта недвижимости, необходимое количество электродов, их длина. Здание или сооружение находится под надёжной защитой.
Расстояние между токоотводом и объектом определяет высота строения, тип заземлителя и эквивалентным удельным электросопротивлением почвы.
Принимая в расчёт п. 2.3., рассчитываются минимальные зазоры между элементами заземления и элементами коммуникаций. Контуры заземления удаляются на такое расстояние от объектов, чтобы исключить вероятность заноса электропотенциала по внутренним токопроводящим коммуникациям, расположенным в почве.
П. 2.2 предписывает, чтобы молниезащита предохраняла от заноса электроимпульса по металлическим конструкциям посредством заземление на трех контурах – на вводе и близлежащих опорах. Железобетонные основания объектов или искусственное заземление перенаправляют ток в землю.
П. 1.7 и 1.8 предусматривают следующие действия для защиты от вторичных влияний молнии:
а) все токопроводящие конструкции присоединяются к заземлению или к железобетонной основе строения. П. 2.5 определяет расстояние между заземлителями.
б) внутри объектов все металлические сооружения там, где они сближаются на 10 см, через каждые 20 метров соединяются с помощью 5-ти мм стальной проволоки или стальной лентой толщиной 24 мм².
Молниезащита II категории
П. 2.6 “Инструкции по устройству молниезащиты для зданий и сооружений”, говорит о том, что молниезащита II категории должна быть осуществлена с помощью молниеотводов, стоящих на расстоянии от объектов с кровлей, изготовленной из непроводящего ток материала. Молниеотводы могут быть изготовлены из стержней или тросов в количестве двух и более на каждый молниеприемник. На крышу может укладываться стальная сетка в качестве приемника молний, в нее входит молния и распределяется по сетке. В этом случае здание также надежно оберегается.
К молниеприемной сетке имеются требования:
- сечение стальной проволоки – более 6 мм;
- укрепляется сверху или накрывается гидроизоляционным слоем;
- устройство ячеек – менее 6×6 м, места пересечения проволоки закрепляются сваркой;
- к сетке подсоединяются все токопроводящие выступы над кровлей;
Выступы из не проводящего электричество вещества оснащаются дополнительными молниеотводами и соединяются с молниеприемной системой.
Металлическая крыша выполняет роль молниеприемника, а те выступы, которые изготовлены из изоляционного материала, оборудуются молниеприемниками, которые затем присоединяются к кровле из металла. От обоих типов молниеприёмников токоотводы устанавливаются через каждые 25 метров по нижнему краю объекта. По стенам снаружи молниеотводы монтируются с расстоянием не менее 3 метров от путей движения людей. При этом здание должно иметь капитальный вид.
Расстояние между стоящими на некотором расстоянии зданиями и молниеотводами не нормируется.
Расположенные на открытых промплощадках установки, которые содержат легковоспламеняющиеся материалы, если их невозможно занести в здание, необходимо охранять следующими способами молниезащиты:
Если сами установки сделаны из металла, а кровельный материал – металл сечением меньше 4 мм, они оборудуются молниеотводами либо на самой кровле либо стоящими на некотором расстоянии.
Если внешние оболочки установок, а также крыши над ними имеют толщину стали 4 мм и более, а также емкости вместимостью более 200 кубических метров, стоящие в единичном порядке с любой толщиной металлической крыши просто прикрепляются к элементам заземления.
Ёмкости, содержащие сжиженные газы и огнеопасные жидкости объемом более 8 000 кубических метров, общая вместимость которых имеет от 100 000 кубических метров, защищаются от грозовых разрядов с помощью отдельно оборудованных на некотором расстоянии стационарных молниеотводов.
Защита по обеспечению безопасности строений и конструкций от вторичных воздействий электрических разрядов предусматривает, что имеется следующая молниезащита:
- все корпуса технологического оборудования, изготовленные из токопроводящих материалов, которые стоят внутри и снаружи здания, подключаются к внутреннему заземлителю, либо к железобетонному основанию для отведения остаточного электрического разряда.
- все металлические элементы технологического оборудования, имеющие протяженность более 50 метров и расположенные внутри строения объединяются с металлическими проводниками, в тех местах, где они сближаются на расстояние менее 10 см, молния будет проходить между ними. Такие токопроводящие перемычки привариваются или присоединяются с помощью болтов через каждые 25-30 метров конструкции. Таким образом достигается надежная молниезащита.
- все фланцевые соединения и устройство технологических труб, находящихся внутри строений, должны зафиксированы с помощью четырех болтов.
От заноса высокого электропотенциала, распространяемого по технологическим коммуникациям, проложенным под землей или над землей, необходимо защищать посредством их соединения при вводе в строение с контурами заземлителей электроустановок. Данная защита может выполняться с помощью создания электрической цепи между системой молниезащиты от высокоимпульсных электрических ударов и технологическими коммуникациями с последующим их присоединением к заземлению посредством железобетонного фундамента или искусственных заземлителей.
Молниезащита III категории
Все те объекты капитального строительства и открытые площадки, к которым относится молниезащита III категории, защищаются от прямых высокоимпульсных электрических разрядов в соответствии с теми предписаниями, которые указаны в п. 2.11 и пп. 2.12 и 2.14.
Устройство тех объектов, которые ограждаются от поражения электрическим разрядом от молнии в соответствии с тем, что предписывает молниезащита III категории, могут оборудоваться молниеприемной сеткой. Ячейки такой сетки изготавливаются таким образом, чтобы места соединения проволоки отстояли друг от друга на расстоянии не более 12 м. Помощью сетки здание также надёжно защищено.
По возможности, вся молниезащита объединяется в одну электрическую токопроводящую сеть, которая включает сетчатые молниеприемники и железобетонные основания объектов, призванные защищать. Если в силу масштабности строения выполнить это не представляется возможным, то токоотводы привариваются к искусственным заземлителям, которые затем объединяются в единую цепь. Для этого используется проложенный на полметра в глубину почвы горизонтальный электрод, имеющий протяженность более 5 м.
Если при монтаже молниеотводящей конструкции используется стальная крыша или стальная сетка без установки дополнительных молниеприемников, вокруг здания, при любой его конфигурации, укладывается наружный контур, состоящий из горизонтальных электродов и углублённый в землю на глубину полметра и более.
Как правило, заземлитель, которым отводится молния в землю, объединяется с элементами заземлителей электрооборудования, как оговорено в гл. 1.7 ПУЭ.
Капитальные строения ферм оснащаются стоящими на некотором расстоянии от капитальных зданий конструкциями молниеприемников и токоотводов вместе с контурами и заземление, расположенными более чем в 5 метров от входа в объект, чтобы его защищать.
К заземлителям подключаются все конструкции, имеющие токопроводящие корпуса, которые находятся внутри строения, включая установки для выравнивания электропотенциалов.
Устройство тех труб и вышек, которые изготовлены из непроводящего ток материала, должны оборудоваться по тем принципам, по которым рассчитывается молниезащита:
- на кирпичные трубы, высота которых до 50 метров устанавливается один заостренный стальной стержень с одним токоотводящим путем;
- 50-150 м – 2 молниеприемника в виде стальных стержней, которые соединяются на самом краю трубы как единая система, устанавливается минимум два токоотвода, расположенных через 20-25 метров в основании трубы;
- 150 метров и более – 3-5 стальных молниеприемника длиной до 0,5 м, которые объединяются между собой с помощью кольца с толщиной стали 160 мм, количество токоотводов зависит от нижнего диаметра трубы.
Роль молниеприемника могут выполнять защитные металлические колпаки или антенны, которые устанавливаются на телебашнях.
Одним из токоотводов могут служить ходовые стальные лестницы. Стержневые или тросовые токоотводы могут прокладываться снаружи неметалличекой трубы, а могут использоваться арматурные стержни, которые соединены с помощью сварки.
Чтобы молниезащита сработала, как система, для отведения электрического заряда в землю, используются железобетонные основания труб, а при отсутствии возможности, устройство и заземление монтируется с помощью искусственного заземлителя, который соединяется с помощью электрода, уложенного горизонтально на глубину полметра.
Конструкции молниеотводов
Конструкции, призванные защищать от попадания высоко импульсных электрических разрядов, состоят из трёх неотъемлемых элементов: непосредственно молниеприемника, токоотводящего пути, контурного электрода.
Все опоры стоящих на некотором расстоянии стержневых молниеотводов должны обладать достаточной прочностью, чтобы иметь устойчивость под влиянием погодных условий. Тросовый молниеотвод монтируется с обязательным контролем натяжения, где имеется зона воздействия погодных нагрузок в виде ветра и обледенения.
Стоящие на некотором расстоянии молниеотводы могут удерживаются в вертикальном положении благодаря тому, что они прикреплены к опорам, изготовленным из железобетона, дерева или стали. Чтобы молниезащита сработала, нужно, чтобы они были достаточно крепкими, чтобы удерживать конструкцию молниезащиты в устойчивом положении.
Молниеприемники изготавливаются из стержневой стали толщиной не менее 100 мм². Протяженность молниеприемников зависит от высоты трубы и не может иметь более 200 мм. Стержневой молниеприемник может быть оцинкован, окрашен или залужен.
Система молниеприемников из тросов должна изготавливаться из многопроволочных стальных канатов толщиной более 35 мм².
Если в качестве токоотводящих путей невозможно использовать стальную арматуру объекта, токоотводящие канаты и стержни монтируются на наружных стенах, причем, наиболее короткими путями.
Фундаменты зданий из железобетона могут нести функцию заземлителей и тем самым защищать строение.
Руководителям объектов предписывается проведение технического осмотра молниезащитных установок, особенно перед грозовым сезоном. Нужно проверять прочность фиксации всех частей молниезащиты для беспрепятственного отведения высокоимпульсного электрического импульса в землю. Это обязательная система защиты.