Молниезащитой называется комплекс различного рода мероприятий и средств для их осуществления, обеспечивающих безопасность людей, сохранность зданий и сооружений, оборудования и материалов от прямых ударов молнии, электромагнитной и электростатической индукции, а также от заноса высоких потенциалов через металлические конструкции и коммуникации.

На земном шаре ежегодно происходит до 16 млн гроз, т. е. около 44 тыс. за день. При этом ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой, можно определить по формуле

N =10 -6 n [(a +6 h x )(b +6 h x )- 7,7h x 2 ],

где п - среднее число поражений молнией 1 км 2 земной поверхности в год, зависящее от интенсивности грозовой деятельности, изменяющееся в пределах 2,5...7,5: для средней полосы России можно принять п = 5; a, b - соответственно длина и ширина защищаемого здания или сооружения, м; h x - высота здания (сооружения) по его боковым сторонам, м.

Для дымовых труб котельных, водонапорных и силосных башен, мачт, деревьев и других объектов ожидаемое число ударов молнии в год определяют по формуле

N = 10 -6 πr 2 n,

где r- эквивалентный радиус, м: r= 3,5A; h - высота объекта, м.

Прямой удар молнии очень опасен для людей, зданий и сооружений вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами. Убытки только от пожаров и взрывов, вызванных этим явлением, в ряде случаев колоссальные. Прямой удар молнии также может производить сильные механические разрушения, приводя в негодность чаще всего дымовые трубы, мачты, вышки, а иногда и стены зданий. Вместе с тем расчеты показывают, что затраты на осуществление молниезащитных мероприятий приблизительно в 1,5 раза меньше стоимости сгоревших за пять лет зданий и сооружений.

Существуют две основные разновидности молний: линейные и шаровые.

Линейная молния представляет собой разряд атмосферного электричества между облаками или между облаками и землей, происходящий за десятитысячные доли секунды, сопровождающийся громом и протеканием тока в десятки килоампер (в некоторых случаях до 500 кА). Путь молнии ветвистый, так как на ее пути встречаются участки воздуха с различными свойствами, а разряд всегда выбирает путь наименьшего сопротивления. При приближении разряда к земной поверхности на его дальнейшее продвижение начинают влиять другие факторы. Чаще всего разряд устремляется к возвышенным местам рельефа земли (холмы и т. п.) или к высоким строениям (трубы, мачты и др.), где заряды противоположного знака (положительные) особенно велики.

На избирательность разряда влияет и электрическая проводимость грунта. Нередки случаи прямого попадания молнии в дно глубоких оврагов с влажной почвой, обладающей хорошей электропроводностью. Поэтому в холмистой местности наиболее безопасными считаются каменистые и песчаные склоны, так как большое электрическое сопротивление грунта в таких местах снижает вероятность попадания в них молнии. При нахождении человека во время грозы на равнинной местности ему не следует идти, стоять или располагаться вблизи деревьев. В этом случае безопаснее сесть на какой-нибудь камень. При ударе молнии в автомобиль или трактор люди обычно не страдают, потому что металлическая кабина отводит возникающие при разряде токи мимо них в землю. Не имеющее молниеотвода здание с неметаллической крышей не всегда обеспечивает полную безопасность, так как при ударе молнии в строения такого типа возможны разряды со стен и крыши внутри здания.

Шаровая молния встречается сравнительно редко, примерно в 300...500 раз реже линейной. Она имеет вид светящегося шара, иногда вытянутого в форме груши. Температура шаровой молнии 3000...5000 °С, диаметр 10...20 см, а длительность существования от долей секунды до нескольких минут. Она способна перемещаться со скоростью до 2 м/с чаще всего по извилистому пути и в большинстве случаев в направлении ветра. При соприкосновении с шаровой молнией на теле человека возникают сильные ожоги, иногда приводящие к смерти.

Шаровая молния проникает в помещения через открытые окна, двери, дымоходы и даже через небольшие щели или замочные скважины, а иногда по электропроводке. После нескольких перемещений она может исчезнуть, но часто шаровая молния взрывается, что приводит к воспламенению сгораемых предметов, механическим разрушениям и в отдельных случаях к гибели людей.

Средства защиты от линейных молний часто неэффективны против шаровой. Поэтому рекомендуется дополнительно во время грозы закрывать все окна, двери, дымоходы и т. п., а вентиляционные решетки снабжать заземленными металлическими сетками, выполненными из проволоки диаметром 2...2,5 мм, с ячейками площадью 3...4 см 2 .

В зависимости от значимости объекта, наличия и класса взрыво- и пожароопасных зон в производственных зданиях, а также от вероятности поражения молнией применяют (если требуется) одну из трех категорий молниезащиты.

Молниезашиту II категории выполняют для производственных объектов с зонами классов B-Ia, B-I6 и В-IIа при условии, что эти зоны занимают не менее 30 % всего здания (если оно одноэтажное) или объема верхнего этажа, а также для открытых электроустановок с зонами класса В-1г. Молниезащита данной категории этих открытых установок обязательна на всей территории РФ, тогда как для зданий требуется только в районах с грозовой деятельностью не менее 10 ч в год. К объектам, защищаемым от молний по категории II, относятся мукомольные и комбикормовые заводы (цехи), аммиачные холодильники, склады жидкого топлива и смазочных материалов, отдельно стоящие помещения по заряду и ремонту аккумуляторов, склады удобрений и пестицидов и т. д.

Молниезащита II категории обеспечивает защиту от прямого удара молнии, от заноса высоких потенциалов через надземные и подземные коммуникации, а также от электростатической и электромагнитной индукции (наведения потенциалов в незамкнутых металлических контурах при протекании импульсных токов молнии, создающих опасность возникновения искр в местах сближения этих контуров). Для защиты от электростатической индукции металлические корпуса и конструкции заземляют (зануляют), а от электромагнитной индукции применяют металлические перемычки между трубопроводами и аналогичными протяженными предметами (оболочками кабелей и др.) в местах их взаимного сближения на расстояние 10 см и менее не реже чем через каждые 25...30м. При устройстве молниезащиты II категории воздушные вводы электрических линий, в том числе телефона и радио, заменяют кабельной вставкой длиной не менее 50 м. Металлическую оболочку кабелей на вводе в здание и на последней опоре соединяют с отдельными заземляющими устройствами, имеющими сопротивления растеканию импульсного тока молнии R и ≤10Ом. Эстакадные трубопроводы заземляют аналогичным образом.

Молниезащиту III категории применяют при грозовой продолжительности 20 ч и более в год для наружных установок класса П-III, зданий III, IV степеней огнестойкости (детских садов, яслей, школ и т. д.); больниц, клубов и кинотеатров; вертикальных вытяжных труб котельных или промышленных предприятий, водонапорных и силосных башен при высоте более 15 м от земли. Если продолжительность гроз составляет 40 ч в год и более, то молниезащита данной категории требуется для животноводческих и птицеводческих зданий III...V степеней огнестойкости, а также для жилых домов при их высоте более 30 м в случае, если они расположены далее 400 м от общего массива.

Молниезащита III категории устраняет опасные и вредные факторы, которые могут возникнуть при прямом ударе молнии, а также предохраняет от заноса высоких потенциалов в здание через воздушные электрические линии и другие надземные металлические коммуникации, например трубопроводы. С этой целью

коммуникации на вводе в здание и на ближайшей опоре присоединяют к заземлителям с сопротивлением растеканию импульсного тока молнии R и ≤ 20 Ом. Емкости с топливными и смазочными материалами (кроме бензина), дымовые трубы и башни высотой более 15м защищают по категории III при допустимой величине R и ≤ 50Ом.

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

Невзрывоопасные помещения, выполненные из несгораемых материалов (в том числе перегородки, перекрытия, крыши), устройствами молниезащиты не оборудуют. Необходимость молниезащиты зернохранилищ, мастерских, гаражей, зерноочистительных агрегатов обосновывают с учетом ожидаемого числа ударов молнии в здание. Как правило, сооружение молниезащиты на этих объектах не требуется.

Похожая информация.

Нужна ли молниезащита?

Молнии, атмосферные разряды постоянный и практически повсеместный спутник людей. Их ужасающая сила представлялась нашим предкам проявлением воли богов. В мировой науке и практике разработаны эффективные методы защиты от последствий атмосферных разрядов. Защита от молнии - это комплекс мер по защите жизни и здоровья человека и его имущества. В настоящий момент молниезащита , как набор норм, приёмов и средств, является динамично развивающейся частью мировой техники.

Молния и её поражающие факторы.

Атмосферные разряды имеют сокрушительную силу и их разнообразные последствия представляют серьёзную угрозу для жизни человека и его имущества.

Существует несколько молниевых теорий, но главное то, что разность потенциалов до 1000 kV в облаках по отношению к поверхности земли вызывает разряд чудовищной силы до 200kA, который сопровождается вспышками, раскатами грома. Разогрев атмосферного канала разряда достигает 30 000 град. Средняя продолжительность разряда, наиболее часто возникающего удара молнией "облако-земля", составляет примерно 60-100 мкс. Многообразие поражающих факторов и последствий удобнее проанализировать на примере таблицы.

Из вышеперечисленного можно сделать выводы:

• молнии, грозовой потенциал представляет для жизни человека и его имущества реальную и многообразную угрозу.
• окружающая человека среда, по мере насыщения чувствительным современным электронным оборудованием, стала чрезвычайно уязвимой к воздействию атмосферных и коммутационных перенапряжений.

В качестве примера можно привести следующие статистические данные: более 25% страховых выплат в Германии приходится на покрытие ущерба от молнии и перенапряжений.

Необходимость молниезащиты и защиты от перенапряжений не вызывает сомнения у каждого, кто стал очевидцем последствий атмосферных разрядов.

Краткий перечень проблем связанных с защищённостью существующих сооружений, проектированием и реализацией молниезащиты зданий на территории РФ.

В своей основе проблемы российской молниезащиты имеют нормативный характер. Действующие на территории РФ нормы в области молниезащиты не отражают, в полной мере, достижений современной науки и техники. Эффективные методы и средства молниезащиты наиболее полно представлены в нормах МЭК (Международная электротехническая комиссия) и подтверждены широким практическим применением в промышленно развитых странах.

Для удобного восприятия текста статьи необходимо привести функциональные названия базовых разделов системы молниезащиты, принятых в международной практике.

При весьма обобщённом сравнении мировых и российских стандартов можно сделать ряд принципиальных выводов.

По разделу внешней молниезащиты:

• В отличии от норм РФ в стандартах МЭК детально разработан метод защиты посредством наложения молниеприёмных контуров (сетки) на сложные кровли зданий в сочетании с защитой выступающих частей.
• В российском руководящем документе "Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений" (РД 34.21.122-87) не закреплена мировая практика применения антикоррозионных материалов и элементов заводской готовности, в том числе заземлителей и болтовых соединителей из оцинкованной стали в заземляющих устройствах.
• В той же инструкции обусловлена однозначная практика приёма удара молнии металлическим кровельным покрытием. В тоже время в нормативных документах МЭК этот метод применяется только в том случае, когда отсутствует необходимость обеспечить сохранность данного покрытия.

По разделу внутренней молниезащиты:

На данный момент международная концепция зональной защиты от импульсного перенапряжения электроустановок зданий, информационных и телекоммуникационных систем, электронного оборудования и оконечных устройств, практически находится вне поля деятельности российских специалистов.

• В нормах МЭК тщательно отработаны правила и рекомендации на применение ограничителей перенапряжения в соответствии с зональной концепцией внутренней молниезащиты, а также требования к ним. В тоже время в новой редакции ПУЭ содержится лишь фрагментарное указание о необходимости установки разрядников на вводных электрических шкафах при воздушном вводе питающей линии.
• В российских нормах не разработан комплекс методов и средств по защите от грозовых и коммутационных перенапряжений современных слаботочных сетей, оборудования и устройств.

В результате можно привести неполный перечень реальных проблем, с которыми сталкиваются застройщики, подрядчики и владельцы недвижимости.

В условиях отсутствия практики применения элементов заводской готовности реализовать эффективную внешнюю молниезащиту коттеджей, усадеб и подобных зданий возможно только с применением отдельно стоящих высоких стержневых молниеприёмников. Как правило, застройщиков и владельцев не устраивает данное решение, т.к. нарушается архитектурная индивидуальность здания, а его реализация сопряжена со значительными затратами.

Использование металлического кровельного покрытия (особенно металлочерепицы) в качестве молниеприемника может привести к деформации и разрушению листового материала, а также возгоранию ниже расположенных горючих материалов конструкций кровли.

Возникают трудности при устройстве внешней молниезащиты на реконструируемых промышленных, общественных и административных зданиях. На таких объектах дешевле выполнить внешнюю молниезащиту и заземление независимо от токоведущих строительных конструкций, чем определять их пригодность и реконструировать. В условиях практической недоступности на рынке элементов заводской готовности эффективно и экономично реализовать молниезащиту данных объектов затруднительно.

Выполненные из подручных материалов в построечных условиях части молниезащиты и заземляющие устройства имеют, как правило, невысокую долговечность, недостаточную степень защиты от прямого удара, лишены средств защиты от занесённого и наведённого грозового потенциала.

Общественные и промышленные здания городской застройки, имеющие защиту от прямого удара молнии с использованием токопроводящих строительных конструкций, как правило, оснащены электроустановками без устройств внутренней молниезащиты. Владельцы и эксплуатирующие организации могут понести значительные затраты на ликвидацию последствий и покрытие ущерба от грозовых и коммутационных перенапряжений в сетях.

С каждым годом всё шире применяются в быту, управлении, промышленности и связи дорогостоящее и чувствительное к импульсному напряжению информационно-технологическое оборудование, системы телекоммуникации и автоматизации. Бесперебойная их работа и сохранность требует комплексного и квалитетного оборудования по ограничению грозовых и коммутационных перенапряжений с доступными пониманию специалистов правилами применения, инсталляции и эксплуатации.

В данных условиях вызывает живой интерес тема возможного снижения рисков страховых компаний, и соответственно, размера тарифов для страхователей недвижимости и имущества.

Специалисты предлагают Вам создавать новый уровень безопасности домов, в которых Вы живёте, которые Вы строите, оборудуете и проектируете. Комплексное оснащение системным оборудованием ведущего германского производителя OBO Bettermann - проверенное временем эффективное решение по защите от молнии и импульсных перенапряжений.

Как предотвратить попадание разряда молнии в объект?

Молниезащитные системы позволяют решить эту проблему. Они «притягивают» к себе разряд и перенаправляют его в заземляющую систему. Пока ещё не существует технологий, которые позволяли бы предотвратить саму стихию, молниезащитное оборудование помогает направляя импульсы перенапряжения в контур заземляющей системы.

В чем заключается различие между внутренней системой защиты от разрядов молний и внешней?

Системы, предохраняющие здания и промышленные объекты от ударов атмосферного электричества, называют внешними системами молниезащиты. Такие системы состоять из молениепремника, молниеотвода и заземляющих проводников. В целом такая конструкция выполняет функции перехвата приходящего разряда и последующего отведения электричества в грунт.
Внутренние молниезащитные конструкции предохраняют электрическую проводку в здании, а также электрическое оборудование, установленное внутри помещения от дополнительных, вторичных эффектов удара молнии (например, наводок или заноса тока через заземление или из других источников). Самый важный компонент внутренних систем защиты от молний - УЗИП. Оно ограничивает импульсные перенапряжения.

На какие типы и/или классы подразделяются УЗИП?

По трём наиболее распространенным классификациям - ГОСТ, МЭК (действуют в РФ), а также спецификации DIM, используемой в Германии, защитные устройства разделяются на категории соответственно методам их испытания и тому месту, на которое устанавливается устройство.
Первый класс испытательных операций УЗИП равнозначен классу технических требований под литерой «В» и Типу 1; Второй класс испытаний идентичен классу требований под литерой «С» и, соответственно, Типу 2, третий класс испытаний соответствует классу требований с литерой «D» и Типу 3.

Каково различие между УЗИП первого типа от защитных устройств второго типа?

Защитные устройства первого типа, как правило, устанавливают на входе в защищаемое здание, если ввод питания производится по воздуху или если используется внешняя система молниезащиты. В подобных ситуациях УЗИП используется для отведения некоторой доли прямого тока разряда. Согласно спецификации ГОСТ Р-514352-2008, защитные устройства первого типа (и, соответственно, первого класса испытаний), испытывают импульсами тока, имеющими форму волны 10/350мкс.
Защитные устройства второго типа применяются для того, чтобы предохранить конструкции от вторичных, наведенных импульсов. Их устанавливают или возле УЗИП первого типа или на входе в здание (если риск попадания части разряда внутрь здания полностью ликвидирован). При испытаниях УЗИП второго типа (и, соответственно, класса испытаний 2) используют импульсы тока 8/20мкс.

Нужно ли заменять УЗИП или каким-либо образом проверять его после окончания грозы?

Конструкция любого УЗИП предусматривает его автоматическое восстановление. Оно может включаться и выключаться множество раз, обеспечивая постоянную защиту от электрических перенапряжений в сети. Каждое устройство снабжено индикатором состояния, который сигнализирует о необходимости замены или какой-либо починки УЗИП.

Требуется ли установка УЗИП в тех случаях, когда оборудование молниезащиты в здании или на сооружении установлена в соответствии со стандартом и к ней подключено заземление?

Да, необходима установка УЗИП. Внешняя система молниезащиты предназначена для отведения прямых разрядов молнии, но она не способна защитить оборудование и проводку от вторичных эффектов молнии и наведенных разрядов. Внешняя система защиты не может предотвратить возникновение резких перепадов разницы потенциалов в системе заземления. Защитная система, установленная вне объекта, не способна предохранять электросеть от наведенных импульсов, появляющихся, как правило, в металлических конструкциях, расположенных неподалеку от места удара молнии.

Где устанавливается УЗИП: перед счетчиком или после него?

Если вам необходимо защитить электрическое оборудование и счетчик от вторичных перенапряжений, защитные устройства следует устанавливать перед счетчиком. Самое важное - придерживаться главного требования: согласно стандартам защитное устройство не должно иметь тока утечки. Поэтому лучше всего выбрать УЗИП с технологией VG, разработанные компанией CITEL. Такие счетчики, во-первых, не тратят электричество, находясь в ждущем режиме, и, во-вторых, способны снижать напряжение в сети до допустимого уровня соответственно третьему классу защитных устройств. Конкретную схему подключения защитного оборудования перед счетчиком следует согласовать с любым отделением компании «МЗК-Электро».

Нужно ли устанавливать систему заземления на объекте (в коттедже), если на входе располагается работоспособное УЗИП?

Согласно правилам устройства электроустановок, на входе в объект необходимо обязательно установить заземление. Более того, без подключения заземляющего проводника устройство защиты не будет работать.

Нужно ли присоединять заземляющий контур коттеджа к заземлению молниеприемнка?

Да, это необходимо. Все документы, определяющие установку системы защиты объекта от молний, равно как и организацию электроснабжения промышленных сооружений, требуют создания контура заземляющих элементов, охватывающего все защитные системы объекта. В результате снижается риск искрения или прободения защитной системы, и, соответственно, повышается уровень безопасности на объекте. Для обеспечения надлежащей защиты устройств, расположенных в помещении, от вторичных эффектов, возникающих после разряда молнии, нужно использовать защитные устройства. Когда в защищаемом здании установлена внешняя система предохранения от ударов молнии, обязательно использование УЗИП 1 класса.

Для чего предназначены активные молниеприемники?

Такие устройства монтируют на высокой металлической матче. Они используются для того, чтобы ионизировать окружающий воздух перед ударом атмосферного электричества. Проводимость воздуха увеличивается, и молния, которая следует по пути с наименьшим сопротивлением среды, «притягивается» к приемнику. Активные устройства - в этом заключается одно из из отличий от пассивных - имеют гораздо больший радиус защитной зоны.

Разряды молний могут воздействовать на здания и сооружения прямыми ударами (первичное воздействие), вызывающими непосредственное их повреждение и разрушение, и вторичными воздействиями посредством явлений электростатической и электромагнитной индукции. При разрядах молний высокий потенциал может заноситься в здания по воздушным линиям и различным металлическим коммуникациям. Канал молнии имеет высокую температуру (20 000° С и выше), и при воздействии молнии образующиеся искры и нагрев горючей среды до температуры воспламенения вызывают в зданиях и сооружениях пожары.
Необходимость молниезащиты жилых и общественных зданий и сооружений устанавливается согласно требованиям «Указаний по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений» (СН 305-69), исходя из их назначения, интенсивности грозовой деятельности в районе их местонахождения, а также ожидаемого количества поражений их молнией в год. Средняя грозовая деятельность в часах за один год определяется по приведенной в СН 305-69 карте или на основании данных местных метеорологических станций.

Молниезащите подлежат следующие жилые и общественные здания и сооружения:
1. Жилые и общественные здания или их части, возвышающиеся над уровнем общего массива застройки более чем на 25 м, а также отдельно стоящие здания высотой более 30 м, удаленные от массива застройки не менее чем на 100 м.
2. Общественные здания III, IV, V степеней огнестойкости (детские сады и ясли, учебные и спальные корпуса школ и школ-интернатов, спальные корпуса и столовые санаториев, учреждений отдыха и пионерских лагерей, спальные корпуса больниц, клубов и кинотеатры).
3. Здания и сооружения, имеющие историческое и художественное значение, подлежащие государственной охране как памятники истории и искусства.
Указанные в пп. 1 и 2 здания и сооружения подлежат молниезащите в том случае, если они расположены в местности, где средняя грозовая деятельность составляет 20 и более грозовых часов в год. Здания и сооружения, указанные в п. 3, требуется обеспечивать молниезащитой на всей территории СССР.
Указанные выше жилые и общественные здания и сооружения согласно СН 305-69 подлежат молниезащите по III категории, т. е. с устройством защиты от прямых ударов молнии и от заноса высоких потенциалов через надземные металлические коммуникации.

Величина импульсного сопротивления каждого заземлителя от прямых ударов молнии для жилых и общественных зданий принимается не более 20 ом.

Здания защищают от прямых ударов молнии молниеотводами, которые состоят из молниеприемников, принимающих непосредственно на себя грозовой разряд, заземлителей для отвода тока молнии в землю и токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем. Молниеотводы разделяют по месту расположения на отдельно стоящие и устанавливаемые непосредственно на здании или сооружении; по типу молниеприемника - на стержневые, тросовые и специальные; по количеству совместно действующих на одном сооружении молниеотводов - на одиночные, двойные и многократные. Если по архитектурным соображениям установка молниеотводов на здании неприемлема, молниезащиту зданий можно осуществлять наложением металлической заземленной сетки. Для этого используют стальную проволоку диаметром 6-8 мм, которую закрепляют на крыше в виде редкой сетки. Молниеприемная сетка должна иметь ячейки площадью не более 150 ж2, т. е. размером 12 х 12 или 6 X 24 м. Эту сетку не менее чем в двух противоположных сторонах присоединяют к заземлителям при помощи токоотводов, выполненных из такой же проволоки и прокладываемых по стенам зданий. Если защищаемое здание покрыто кровельной сталью, то устраивать специальные молниеотводы не нужно. Вокруг здания вдоль карниза необходимо уложить стальную проволоку диаметром 6 мм и надежно присоединить к металлической кровле не реже чем через 15-20 м и от этой проволоки установить токопроводы к заземлителям. Крепятся токоотводы к кровле болтовыми зажимами или сваркой. Выступающие над крышей дымовые и вентиляционные трубы необходимо оборудовать выступающими выше трубы на 30 см стержневыми молниеотводами из стальной проволоки диаметром 6-8 мм с присоединением их к заземленной кровле. На металлических трубах устройство стержневых молниеотводов не требуется, но трубы и крепящие их металлические растяжки нужно надежно соединить с кровлей или заземлителем. Молниеприемники стержневых молниеотводов выполняются из стальных стержней различных величины и формы сечения с защитой от коррозии. Минимальная площадь молниеприемника должна быть не менее 100 мм2, чему соответствует круглая сталь диаметром 12 мм, полосовая 35 X 3 мм, угловая 20 х 20 х 3 мм или газовые трубы со сплющенным и заваренным свободным концом. Молниеприемник тросового молниеотвода следует устраивать из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм2 (диаметр 7 мм). Токоотводы необходимо выполнять из стали сечением 25-35 мм2 с применением стальной проволоки (катанки) диаметром не менее 6 мм или стали плоского, квадратного и других профилей. Токоотвод тросового молниеотвода необходимо выполнять из троса сечением не менее 35 мм2 или стальной проволоки диаметром не менее 6 мм.

Во всех случаях рекомендуется использование в качестве токоотводов металлических конструкций защищаемых зданий и сооружений (колонны, фермы, рамы, пожарные лестницы, металлические направляющие лифтов и др.). При этом необходимо обеспечивать непрерывность электрической связи в соединениях конструкций и арматуры, что, как правило, обеспечивается сваркой. Токоотводами не может служить предварительно напряженная арматура железобетонных колонн, ферм и других железобетонных конструкций.

Если здания имеют верхнее перекрытие из металлических ферм, установка молниеприемников или наложение молниеприемной сетки не требуется. В этом случае фермы соединяют токоотводами с зазем- лителями. Во всех случаях разрешается объединение заземлителей защиты от прямых ударов молнии, защитного заземления электрооборудования и заземлителя защиты от электростатической индукции.

Если здание имеет ширину 100 м и более и от прямых ударов молнии защищается молниеотводами, устанавливаемыми на здании, молниеприемной сеткой или с использованием металлической кровли, то, кроме наружных заземлителей, следует устраивать дополнительные заземлители для выравнивания потенциала внутри здания. Эти зазем- лители выполняются в виде протяженных стальных полос, уложенных не более чем через 60 м и по ширине здания. Полосы принимаются сечением не менее 100 мм2 и укладываются в грунте на глубине не менее 0,5 м. Каждый заземлитель торцами присоединяется к наружным контурам заземлителя защиты от прямых ударов молнии, а также подсоединен с шагом не более 60 м к токоотводам от молниеприемников.

В зависимости от расположения в грунте и формы электродов заземлители делят на следующие виды:
углубленные - из полосовой или круглой стали. Укладываются горизонтально на дно котлована в виде протяженных элементов или контуров по периметру фундаментов;
вертикальные - из стальных вертикально ввинченных стержней из круглой стали и забиваемых стержней из угловой стали и стальных труб. Ввинчиваемые электроды принимаются длиной 4,5-5 м, а забиваемые 2,5-3 м. Верхний конец вертикального заземлителя от поверхности земли поднимается на 0,5-0,6 м;
горизонтальные - из полосовой или круглой стали. Укладываются горизонтально на глубине 0,6-0,8 м от поверхности земли одним или несколькими лучами, расходящимися из одной точки, к которой присоединяется токоотвод;
комбинированные - объединяющие в общую систему вертикальные и горизонтальные заземлители.

Конструкция заземлителей принимается в зависимости от требуемого импульсного сопротивления с учетом удельного сопротивления грунта и удобства ведения работ по их укладке. В СН 305-69 приведены типовые конструкции заземлителей и значения их сопротивления прохождению тока. Все соединения заземлителей между собой и с токоотводами необходимо выполнять только сваркой с длиной сварочного шага не менее шести диаметров свариваемых круглых проводников. Болтовое соединение можно применять только при устройстве временных заземлителей.

От прямых ударов молнии защищаются неметаллические вертикальные трубы котельных и предприятий, водонапорные башни, пожарные вышки высотой 15 м и более. В этом случае величина импульсного сопротивления заземлителей принимается 50 ом на каждый ТОКООТЕОД. Для труб высотой до 50 м устанавливается один молниеприемник и один наружный токоотвод. При высоте трубы более 50 м принимается не менее двух молниеприемников и токоотводов, расположенных симметрично по трубе. Трубы высотой 100 м и более по периметру верхнего торца снабжаются стальным кольцом сечением не менее 100 мм2, к которому приваривается не менее двух токоотводов. Такие же кольца повторяются по высоте трубы через каждые 12 м.
Для металлических труб, башен и вышек не требуется установка отдельных молниеприемников и токоотводов, достаточно только присоединения их к заземлителю.

Металлические скульптуры и обелиски (памятники истории и искусства) следует подсоединять к заземлителям с величиной импульсного сопротивления не более 20 ом.

Зоной защиты называется пространство вокруг молниеотвода, в котором здание или сооружение оказывается защищенным от прямых ударов молнии. Достаточная надежность защиты объекта от прямых ударов молнии будет только в том случае, если все его части попадают в пределы этой зоны. Зону защиты можно рассчитывать аналитическим и графическим способами по формулам и номограммам. Зоны защиты могут образовываться одиночным, двойным и многократным стержневыми молниеотводами, а также одиночным и двойным тросовыми молниеотводами.

Рис. 4. Зона защиты четырех стержневых молниеотводов в плане

Высота молниеотводов определяется по номограмме достаточно точно и не требует математических вычислений. Например, для нахождения высоты двойного тросового молниеотвода на рис. 5 приведена номограмма, построенная таким образом, что высота молниеотводоз h определяется в зависимости от расстояния между молниеотводами а и от величины h0, представляющей собой наименьшую высоту зоны защиты между двумя молниеотводами (высоту защищаемого здания)- г
Полученную высоту опор тросового молниеотвода необходимо увеличивать на высоту стрелы провеса, зависящую от длины пролета. Г1о приведенным в СН 305-69 номограммам также можно определять высоту одиночного и двойного стержневых молниеотводов, а также одиночных и двойных тросовых молниеотводов высотой до 60 м.

Защита от заноса высоких потенциалов (атмосферных перенапряжений) устраивается следующим образом. На наружных проводах электролиний напряжением до 1000 в от ударов молнии возникает перенапряжение, и от заноса высоких потенциалов по проводам внутрь зданий могут возникать пожары, происходить несчастные случаи с людьми и животными. Предупредить это можно установкой на линиях разрядников, искровых промежутков (5-8 мм) или заземлением крючьев и штырей изоляторов фазных проводов и проводов радиотрансляционных, телефонных и других сетей. Такая защита обязательна для школ, яслей, клубов, больниц и других зданий с большим скоплением людей. Крючья на опорах электросети необходимо заземлять токоотводом из проволоки диаметром 5-6 мм, накрученной на крючья, и присоединением нулевого провода к заземляющему спуску болтовыми лужеными зажимами.

Если.вводы идут в помещения вспомогательного характера (склады, навесы и т. п.), то на опорах защиту следует выполнять на каждые 5 вводов к потребителям, чередуя их с незащищенными опорами. Расстояние между защищенными опорами не должно превышать 200 м (5-6 пролетов). Ввод в здание может выполняться от незащищенной опоры при условии, что она будет находиться на расстоянии не более 30 м от защищенной опоры.

Указанные защитные мероприятия могут не устраиваться, если сеть низкого напряжения экранирована от поражения молнией высокими деревьями, зданиями и т. п. или находится в районах, не подверженных грозовым поражениям. Возможность отказа от выполнения указанной защиты в каждом отдельном случае должны решать эксплуатационные или проектные организации совместно с представителями организаций энергонадзора. Чтобы предупредить занос высоких потенциалов радиоантеннами, необходимо вдоль каждой стойки проложить токопровод с присоединением его одним концом к зазем- лителю, а другой расположить в 10-12 мм от троса антенны.

Защита жилых и общественных зданий от вторичных воздействий молнии не требуется.

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 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:

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.