Элеенты системы

1. Термины и  определения

   Удар молнии в землю – электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.

 Точка поражения – точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.

  Устройство молниезащиты – система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.

    Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) – комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

  Токоотвод – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

 Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

  Отдельно стоящий молниеотвод – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.

  Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.

 Зона защиты молниеотвода – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.

 

2. Классификация  зданий и сооружений по устройству  молниезащиты

 

 Объекты классифицируются по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.

 Непосредственное опасное воздействие молнии – это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы твердых, жидких и газообразных материалов и веществ и выделение опасных продуктов – радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов. Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения.

Рассматриваемые объекты  могут подразделяться на обычные и специальные.

Обычные объекты – жилые  и административные строения, а также  здания и сооружения высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского  хозяйства. К таким объектам относятся: жилой дом, театр, школа, универмаг, спортивное сооружение, банк, страховая компания, коммерческий офис, больница, детский сад, промышленные предприятия, музеи и т.д.

Специальные объекты:

– объекты, представляющие опасность для непосредственного  окружения;

– объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые  при поражении молнией могут  вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы);

– прочие объекты, для которых  может предусматриваться специальная молниезащита, например, строение высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

 К специальным объектам относятся: средства связи, электростанции, пожароопасные производства, нефтеперерабатывающие предприятия, АЗС, производства петард и фейерверков, химический завод, АЭС, биохимические фабрики и лаборатории.

При строительстве и реконструкции  для каждого класса объектов требуется  определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Для  обычных объектов существует четыре уровня защиты, указанные в таблице 1.

Таблица 1 – Уровни защиты от ПУМ для обычных объектовУровень защиты Надежность защиты от ПУМ

I 0,98

II 0,95

III 0,9

IV 0,8

3. Классификация  воздействий токов молнии

Для каждого уровня молниезащиты определяются предельно допустимые параметры тока молнии.

 Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимаю 10% разрядов с положительными токами и 90% разрядов с отрицательными токами.

Значение расчетных параметров для принятых в таблице 1 уровней  защищенности (при соотношении 10% к 90% между долями положительных и  отрицательных разрядов) приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Соответствие параметров тока молнии и уровней  защищенностиПараметр молнии Уровень защиты

I II III, IV

Пиковое значение тока I, кА 200 150 100

Средняя крутизна di/dt30/90%,кА/мкс 200 150 100

 

 

 

4. Комплекс средств  молниезащиты

  Комплекс средств молниезащиты зданий и сооружений включает в себя устройства защиты от ПУМ [внешняя молниезащитная система (МЗС)] и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС). В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молниезащиты.

  Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы – стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью. Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта. Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов и растекаются в земле.

 

5. Внешняя молниезащитная система

 

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Их материал и сечение выбираются в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 – Материал и  минимальные сечения элементов  внешней МЗСУровень защиты Материал 

Сечение, мм2

молниеприемника токоотвода заземлителя

I – IV Сталь 50 50 80

I – IV Алюминий 70 25 не применяется

I – IV Медь 35 16 50

Указанные значения могут  быть увеличены в зависимости  от повышенной коррозии или механических воздействий.

5.1 Молниеприемники

 

   Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта, тогда они называются естественными молниеприемниками.

  Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток). Сетка укладывается на крыше зданий под слоем гидроизоляции. Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

- электрическая непрерывность  между разными частями обеспечена  на долгий срок;

- толщина металла кровли  составляет не менее значения, приведенного в таблице 4, если  необходимо предохранить кровлю  от повреждения или прожога;

Таблица 4 – толщина кровли, выполняющей функции естественного  молниеприемникаУровень защиты Материал Толщина не менее, мм

I – IV Железо 4

I – IV Медь 5

I – IV Алюминий 7

- толщина металла кровли  составляет не менее 0,5 мм, если  необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

- кровля не имеет изоляционного  покрытия. При этом небольшой  слой антикоррозийной краски  или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия  не считается изоляцией;

- неметаллические покрытия  на /или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;

б) металлические конструкции  крыши (соединенная между собой  стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т.п., если их сечение  не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г) технологические металлические  трубы и резервуары, если они выполнены  из металла толщиной не менее 2,5 мм и  проплавление или прожог этого металла  не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы  и резервуары, если они выполнены  из металла толщиной не менее значения, приведенного в таблице 4, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара  молнии не представляет опасности.

5.2 Токоотводы

В целях снижения вероятности  возникновения опасного искрения токоотводы располагаются таким образом, чтобы  между точкой поражения и землей ток растекался по нескольким параллельным путям, и длина этих путей была ограничена до минимума.

Токоотводы располагаются  по периметру защищаемого объекта  таким образом, чтобы среднее  расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в таблице 5.

Таблица 5 – Средние расстояния между токоотводамиУровень защиты Среднее расстояние, м

I 10

II 15

III 20

IV 25

Токоотводы соединяются  горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через  каждые 20 м по высоте здания. Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли  был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов  в виде петель.

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными  токоотводами:

а) металлические конструкции  при условии, что:

- электрическая непрерывность  меду разными элементами является  долговечной и соответствует  требованиям;

- 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.

 

5.3 Заземлители

 

  Заземлитель молниезащиты совмещается с заземлителями электроустановок и средств связи, за исключением отдельно стоящего молниеотвода.

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная  между собой арматура железобетона или иные подземные металлические  конструкции. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются  к местам ее соединений, чтобы исключить  механическое разрушение бетона.

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.

 

 

Список литературы

 

1. «Инструкция по устройству  молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» – Москва: Издательство МЭИ, 2004 г.