Сторінка 4 з 4

5. Грозозащита зданий и промышленных сооружений

Общие требования к грозозащитной установке зданий и промышленных сооружений

Грозозащитные установки состоят в основном из молниеотводов, спусков и заземлителей.
Спуски, отводящие ток молнии, прокладываются по крыше и стенам или внутри пристроенных помещений в доступных местах. Места соединений не должны быть вблизи легко воспламеняющихся материалов. В качестве спусков используются провода, лежащие под крышей, или закрытые металлические части. Над металлическими частями через каждые 3-4 м устанавливаются вертикальные молниеприемные устройства, которые должны соединяться со спусками и возвышаться над ними не менее чем на 20 см. Молниеприемники располагаются так, чтобы они принимали по возможности на себя все удары молний. Количество спусков зависит от рода и размеров здания. Спуски соединяются с заземлением по возможности по наиболее короткому пути. Большие металлические части в здании или на нем должны быть отделены от грозозащитной установки на достаточное расстояние или же присоединены к ней проводником. Расстояние между частями грозозащитного устройства и большими металлическими частями или электрическими установками должно быть рассчитано по ПУЭ. Материалом для грозозащитных устройств является оцинкованная сталь. Применение стальных и алюминиевых тросов из-за малой стойкости по отношению к коррозии не допускается. Для подземной проводки применяются полосы и проволока сплошного сечения из оцинкованной стали или меди. Вблизи химических заводов необходимо применять медный провод сечением 50 мм2 в свинцовой оболочке. Соединения проводов между собой и с землей выполняются с помощью зажимов или резьбы. Соединения скруткой недопустимы.
Во избежание коррозии в грозозащитном устройстве нужно соблюдать следующее: если крыши, стены, облицовка, водосточные желобы медные, то провода также должны быть медными, поскольку дождевая вода может стекать с меди на провода или наоборот. Сталь или алюминий в этом случае не применяются.
Если крыши, стены и т. п. цинковые или оцинкованного железа, то применение голых медных проводов исключается, а используются оцинкованные стальные голые алюминиевые или луженые медные провода. При соединении медного провода с алюминиевым необходима прокладка между ними из свинца.
Крепежные детали для грозозащитных устройств изготовляются из оцинкованной стали. Для защиты от коррозии в местах крепления медных проводов должны быть проложены свинцовые прокладки. Все места соединений, опоры, поверхности среза оцинкованных стальных проводников, а также заземляющие провода на расстоянии до 30 см от поверхности должны иметь защитное покрытие. Места подземных соединений проводов и присоединений к трубопроводам должны иметь хорошую защиту от коррозии, например битумное покрытие. Наземные и подземные оцинкованные провода подлежат окраске.
Опытом установлено, что наиболее вероятными местами ударов молнии являются шпили башен, коньки крыш, дымовые и вентиляционные трубы и т. д. Поэтому наиболее вероятные места ударов молнии должны быть снабжены молниеприемными устройствами.
В качестве молниеприемных устройств вдоль коньков крыш, на фронтовых и сточных желобах достаточно проложить прокладки из соответствующего провода. На шпилях башен, трубах могут применяться стержни из сплошного материала. Расположенные на поверхности крыши выступающие части здания - дымовые трубы, шпили, вентиляционные трубы, флюгеры, рекламы, осветительные установки, если они выполнены из металла, используются в качестве молниеприемников и присоединяются к спускам; если же они выполнены не из металла, то снабжаются молниеприемными устройствами, например стержнями или металлической окантовкой.
На каждом здании должно быть не менее двух главных спусков, при больших габаритных размерах устраивают спусков больше. Отдельно стоящие фабричные трубы снабжаются двумя спусками. Спуски располагают по возможности симметрично. На каждом спуске устраивается доступное место для разъема с целью испытаний и ревизии. Заземляющие провода должны быть отделяемы от водосточных труб. Болтовые соединения в месте разъема должны быть изготовлены из коррозийноустойчивого материала.
Металлические части большой протяженности по вертикали, находящиеся вне здания, например пожарные лестницы, подъемные сооружения, должны быть соединены вверху и внизу с проводами, лежащими на крыше, и со спусками. Внизу они должны присоединяться к заземлению выше места разъема.
Большие металлические части, расположенные внутри здания: водопровод, газопровод, воздухопровод, отопительная установка, стальной каркас лифта, машинные установки, лестницы - должны быть соединены в местах сближений с проводами, лежащими на крыше, или спусками и заземлением.
Разрывы в металлических протяженных частях, на которых может возникнуть частичный разряд, должны быть замкнуты. В целях предотвращения повреждений электрических установок и зданий при ударе молнии в грозозащитные устройства молниеприемники, спуски и все связанные с ними части рекомендуется располагать на достаточном расстоянии от электропроводки. Если эти расстояния малы, то между грозозащитным устройством и электрическими установками применяют защиту в виде разрядников. Разрядники могут быть использованы для защиты от перенапряжений, которые заносятся в здания по воздушным линиям, особенно по линиям на деревянных опорах.
Если имеются электрические установки на металлических конструкциях вне зданий, то для грозозащиты необходимо произвести заземление стальных конструкций при условии, что перекрытие между конструкцией и электрической установкой не будет иметь опасных последствий.
Чтобы не расширять зоны действия напряжения прикосновения, опоры электрических линий сильного тока, укрепляемые на крышах, не следует соединять с грозозащитными устройствами, а достаточно установить между указанными элементами изоляторы.
Опоры для линий связи, укрепляемые на крышах, должны быть электрически соединены с грозозащитными устройствами.
Соединение грозозащитных устройств с заземляющими устройствами установок сильного тока допускается лишь при рабочих напряжениях до 1000 В.
Для грозозащиты фабричных труб на них устанавливаются молниеотводы. Молниеотводы изготовляются из круглого сплошного железа диаметром около 25 мм и продолжают от вершины трубы вниз на 3 м с таким расчетом, чтобы спуск,приваренный к молниеприемнику, не находился в сфере действиядымовых газов.
В качестве молниеприемника можно использовать металлическую торцевую накладку или стяжное кольцо. Фабричные трубы высотой менее 40 м должны иметь один спуск, а при большей высоте не менее двух спусков.
Фабричные трубы из железобетона также должны быть снабжены спусками. Если имеется два спуска, то один из них должен проходить вблизи скоб для влезания. Если имеется два ряда скоб влезания, то каждый ряд снабжается спуском. Все металлические части, подверженные действию дымовых газов, должны быть снабжены защитным покрытием. Все заземленные металлические части, например котлы, трубопроводы и стальные каркасы, расположенные в зоне фабричной трубы, должны быть соединены со спуском или заземляющим устройством при помощи наземных или подземных проводов.
Для грозозащиты высоких строений из стальных конструкций, например копров, буровых вышек, градирен, водокачек, достаточно осуществить заземление стального каркаса по меньшей мере в двух точках. Строения подобного рода из непроводящего материала, например камня или дерева, должны быть оснащены совершенным грозозащитным устройством.
Грозозащита взрывоопасных установок. Опасность взрыва имеет место в установках, когда в результате местных или производственных условий газы, пары или пыль, образующие в сочетании друг с другом или с воздухом взрывоопасные смеси, могут скапливаться во взрывоопасных количествах.
Чаще всего такой установкой является резервуар с нефтепродуктами. На поверхности резервуара может появиться взрывоопасная смесь нефтепродукта и воздуха. Чтобы смесь не воспламенялась при восприятии разряда молнии грозозащитным устройством резервуара, необходимо, чтобы канал молнии соприкасался с молние-приемником вне сферы распространения взрывоопасных концентраций. Для защиты указанных устройств применяют отдельно стоящие стержневые молниеотводы или молниеотводы, установленные на резервуаре на высоте не менее 5 м.
Расчет молниеотводов надо вести так, чтобы защищаемый объект находился в защитной зоне молниеотвода. Сопротивление заземлителей рекомендуется принимать 10 ом. Резервуары и трубопроводы, покрытые землей толщиной в 1 м, грозозащитного устройства не требуют.
Грозозащита пожароопасных установок. К пожароопасным установкам относятся все строения и склады с материалами, легко воспламеняющимися даже при ограниченном воздействии огня.
Грозозащитные устройства должны быть выполнены так, чтобы плавление и разбрызгивание металла, возникающего при ударе молнии, не вызывали пожара. Для этого все провода должны быть расположены на расстоянии не менее 40 см от огнеопасных объектов Если строения с мягкой кровлей имеют устройства с большим количеством металла, то они должны быть соединены с грозозащитным устройством так, чтобы не могло возникнуть воспламенение кровли или горючих материалов. Отводы от наружных спусков, идущие внутрь здания, должны иметь изолирующие оболочки, например вентиляционные каналы.
Для грозозащиты заводов взрывчатых веществ вблизи взрывоопасных строений устанавливаются молниеотводы или же грозозащитные устройства, укрепляемые на деревьях или пригодных для этой цели высоких строениях с тем, чтобы удар молнии был по возможности принят в стороне от защищаемого объекта. Высота и количество молниеотводов рассчитывается так, чтобы защищаемый объект находился в защитной зоне молниеотводов. Для внутренней грозозащиты зданий расположенные на зданиях металлические части, например водосточные желоба и трубы, необходимо соединять только со спусками. Надстройки на крышах из непроводящих материалов, например вытяжные вентиляционные трубы, должны быть оснащены молниеприемными устройствами. Металлические надстройки на крышах соединяют со спуском.
Подведенные к зданию наземные металлические трубопроводы, паропроводы должны быть соединены с наружными спусками. Низшие точки этих трубопроводов внутри зданий соединяются с внутренним кольцевым заземляющим проводом. На зданиях с кровлей из горючего материала спуск, идущий по крыше, не должен приближаться к ней ближе, чем на 0,5 м. Провода должны быть свободно натянуты. Для предупреждения провисания проводов они укрепляются на опорах из непроводящего материала. В железобетонных строениях стальная арматура в нескольких местах соединяется с заземленным кольцевым проводом.
Для зданий с земляным покрытием не менее 0,5 м и насыпью со стороны, не защищенной земляным покрытием, от внутреннего грозозащитного устройства можно отказаться, если вокруг строения нет значительных металлических частей, трубопроводов, рельсовых путей, выступающих вентиляционных труб, и эти строения полностью свободны от горючих газов или взрывчатых пылей, газов или паров.
Для защиты электрических установок электропитание к зданию рекомендуется подводить кабелем под землей. Перед вводом электрической проводки в здание она должна иметь разрыв цепи.
В кабельной сети должны быть поставлены разрядники для защиты от перенапряжений. Металлические корпуса всех крупных частей, например двигателей, выключающей аппаратуры и распределительных устройств, должны быть заземлены путем соединения с шиной заземления внутренней грозозащиты.

Расчет высоты молниеотвода и расстояния между ним и защищаемым объектом

Из общих требований к грозозащитным установкам зданий и промышленных сооружений видно, что в первую очередь для защиты используются молниеотводы. Молниеотвод - устройство, состоящее из молниеприемника, токоотвода, соединенного с заземлителем, расположенным в земле для отвода тока молнии в землю. Молниеотводы разделяются на стержневые и тросовые. И те и другие могут быть выполнены в виде отдельных мачт, не связанных с защищаемым объектом или установленных на защищаемом объекте.

Рис.12 Одиночный стержневой молниеотвод
Тросовые молниеотводы в большей части применяются для защиты линий электропередач высокого напряжения. Молниеотводы должны быть надежно заземлены. Сопротивление отдельно стоящего молниеотвода не должно превышать 150-200 Ом. Чаще всего для больших защитных свойств общее сопротивление заземлителей принимают 10 Ом.
Защищенное пространство от прямых ударов около молниеотвода называется зоной защиты. Зона защиты зависит от числа, высоты и взаимного расположения молниеотводов, от высоты грозовых облаков, от их положения по отношению к молниеотводам и т. п. Зона зашиты в большей степени зависит от отношения высоты ориентировки молнии Н к высоте молниеотвода Н.
Рекомендуемые зоны защиты для одиночного молниеотвода (рис.11) следующие.
Радиус защиты rx на любой высоте hx определяется по формуле:

Где активная высота молниеотвода;
hx – высота рассматриваемого уровня защищаемой точки объекта;
h – высота молниеотвода, м.
Для молниеотводов высотой более 30 м радиус защиты определяется по формуле:

Для молниеотводов высотой до 100 м радиус защиты определяется по формуле:
,
Где – коэффициент.
При двухстержневых молниеотводов с одинаковой высотой h и расстоянием друг от друга а наименьшее расстояние находится по формуле:

С тремя и четырьмя стержневыми молниеотводами зона защиты определяется так же, как и при двух молниеотводах. Диаметр окружности, проведенной через три оси молниеотводов и диагональ при четырех молниеотводах h30 м, должен быть Dи при высоте h:

Зону защиты одиночного тросового горизонтально подвешенного молниеотвода можно определить по формуле:

При наличии двух тросовых молниеотводов минимальная высота:
.
Для определения допустимых расстояний в воздухе и по дереву при прямом ударе молнии в молниеотвод прежде всего находится импульсное напряжение в точке, расположенной от земли на расстоянии l, по формуле:

Где i – мгновенное значение тока молнии;
Rи – импульсное сопротивление заземления;
L – индуктивность участка токоотвода от заземлителя до рассматриваемой точки.
Затем определяется амплитудное импульсное напряжение:
кВ.
Здесь L можно заменить длиной l, исходя из того, что мгновенное значение тока

А
= кА/мк сек.
Умножив на L обе части равенства, находим при L=1,5∙ l
L=
При Iм=150 кА:
L=l
При Iм=100 кА:
L=1,5 l.
Итак, после подстановки L=l будем иметь:
кВ.

Зная амплитудное значение импульсного напряжения, находим расстояние по воздуху от молниеотвода до защищаемого объекта:
м,
Где Е воз=500 кВ/м.
По дереву расстояние от молниеотвода до защищаемого объекта:
м,
Где Е дер=200 кВ/м.
В земле расстояние между заземлением молниеотвода и защищаемым сооружением м,
Где Е зем=30 кВ/м.
При расчете расстояний необходимо брать импульсное сопротивление не более 10-15 Ом. Это позволит значительно уменьшить величину потенциала молниеотвода.

Литература:

«Электроснабжение промышленных предприятий» Б.Ю.Липкин, Н.С.Комаров, Высшая школа 1985 г.
Правила технической эксплуатации и безопасности обслуживания электроустановок промышленных предприятий. Алматы, 2002 г.
«Техника высоких напряжений» М.А.,Бабиков, Н.С. Комаров., Госэнергоиздат, 1980 г.

Давно устарели и не соответствуют мировым стандартам, которые приняты и используются специалистами в развитых странах. На сегодняшний день нормы, разработанные Международной электротехнической комиссией - сокращенно МЭК или IEC, наиболее полно отображают современные средства и технологии, которые позволяют организовать надежную молниезащиту на различных объектах.

Группа стандартов IEC и DIN

Стандарты, разработанные специалистами МЭК - 3 группы:

Молниезащита строительных конструкций (IEC-61024-1).
Выбор уровня защиты для молниезащитных систем (IEC-61024-1-1).
Защита от электромагнитного импульса молнии (IEC-61312-1).

Нормативно-техническая документация определяет требования к грозозащите построек, электроники и электрического оборудования.

С 2002 года в Германии вступили в силу четыре части международного стандарта DIN V VDE V 0185:

Принципы молниезащиты.
Анализ факторов риска, оценка степени риска поражения объектов.
Защита зданий и людей. Подразделы:
1. меры молниезащиты;
2. защита для особых объектов;
3. тестирование и сервис систем молниезащиты;
4. техобслуживание грозозащиты.
Грозозащита электрических и электронных систем в зданиях.

Сравнение норм IEC с действующей Инструкцией РД 34.21.122-87

При сравнении действующей в России Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений с международными нормативными документами очевиден ряд недочетов, которые касаются как внешней, так и внутренней грозозащиты.

Внешняя защита от ударов молнии

Принципиальные различия раздела внешней молниезащиты РД и IEC:

В стандартах IEC подробно изложена технология монтажа защитной системы с применением молниеприемной сети для сложных кровель с рельефными участками - в отличие от документа РД.
Инструкция РД 34.21.122 87 не содержит рекомендаций и требований по применению материалов, устойчивых к развитию коррозии, для заземляющих приспособлений. Также не описывается использование элементов заводской готовности, в том числе заземлителей и болтовых соединителей.
Документ РД предусматривает повсеместное использование крыш с покрытием из металла в качестве молниеприемника, тогда как IEC стандарты в редких случаях допускают подобную практику - только если не требуется обеспечить целостность кровли.

Внутренняя грозозащита от занесенного и наведенного грозового потенциала

Стандарты МЭК содержат требования и правила, а также исчерпывающие рекомендации по использованию разрядников без искровых промежутков для предотвращения возгораний, выхода из строя оборудования и внутренних систем в здании. При этом последняя редакция ПУЭ содержит лишь поверхностное упоминание о необходимости монтажа разрядников при устройстве электролинии воздушным путем. Кроме того, в Правилах устройства электроустановок отсутствуют действенные указания по предотвращению грозовых перегрузок.

Осложнения при устройстве надежной молниезащиты

Частные домовладельцы, индивидуальные и коммерческие застройщики, а также электромонтажники и профильные специалисты в России регулярно оказываются перед трудноразрешимыми проблемами из-за несовершенства нормативной базы в сфере защиты от атмосферных разрядов.

Проблемы с внешней молниезащитой

Монтаж отдельно стоящих громоотводов стержневого типа обеспечивает достаточно надежную защиту от прямых попаданий молнии. Из-за неполноты инструкций и нормативных документов, а также отсутствия практического использования элементов разной степени заводской готовности, это единственный способ для организации грозозащиты в частных домах и аналогичных постройках. Однако устройство отдельно стоящей конструкции зачастую не приветствуется застройщиком: нарушается архитектурный ансамбль, возникают дополнительные расходы на оборудование и монтаж.

Именно поэтому так затруднена организация молниезащиты зданий, на которых молниеприемные элементы и токоотводы необходимо устанавливать автономно. Элементы системы изготавливаются кустарно, используя общеизвестный принцип молниеприемник-токоотвод-заземление. Естественно, подобные устройства и близко не соответствуют установленным нормам, недолговечны, практически не защищают от атмосферных разрядов и совершенно не дают внутреннюю защиту от перенапряжений.

Распространенная практика - использование металлической кровли в качестве молниеприемника. Однако подобные решения влекут за собой неприятные последствия: разрушение листового кровельного материала, особенно металлочерепицы, риск возгорания утеплительных материалов и горючих элементов крыши.

Отсутствие в свободном доступе элементов заводской готовности также затрудняет устройство молниезащиты при реконструкции масштабных зданий различного назначения. Экономически целесообразней разработать внешнюю систему молниеприемников и надежное заземление, чем тестировать и восстанавливать токоведущие элементы.

Проблемы с защитой внутренних систем и оборудования от перегрузок

В бытовом и промышленном обращении ежегодно появляется все большее количество дорогостоящего оборудования, особо восприимчивого к импульсным перегрузкам. Чтобы системы работали бесперебойно и долго, необходимо применение устройств, ограничивающих грозовое и коммутационное перенапряжение, а также разработка четких инструкций для специалистов по монтажу и эксплуатации. Однако сегодня даже здания с неплохой защитой от прямых атмосферных разрядов, крайне редко оборудованы полноценной внутренней грозозащитой.

Обновление отечественных стандартов и требований к защищенности зданий

Угроза безопасности для жизни человека, а также колоссальные убытки из-за выхода из строя оборудования и разрушения зданий провоцируют повышенный интерес к проблемам молниезащиты со стороны отечественных специалистов.

Опираясь на стандарты IEC, эксперты Минэнерго РФ разработали новые положения по устройству молниезащиты, утвержденные приказом №280 от 30.06.2003. Однако и обновленный документ недотягивает до международных норм: отсутствуют требования к грозозащите на взрывоопасных зданиях и сооружениях, а также не описывается защита электроники и электрооборудования от перенапряжений.

Именно поэтому Ростехнадзор оставил в силе Инструкцию РД 34.21.122 87. Благодаря этому российские специалисты могут пользоваться в работе обоими документами, которые кое-как дополняют друг друга.

Комплектующие Бренды

Грозозащита здания

Что же это такое – грозозащита ? Системы грозозащиты предназначены для защиты людей, оборудования и установок, расположенных на зданиях или внутри него, от воздействия грозы. Их задача состоит в целенаправленном улавливании молний и безопасном отведении электрического заряда в землю. Требования к проектированию, устройству, проверке и содержанию в исправном состоянии различных систем молниезащиты содержатся в соответствующих нормативных документах. В зависимости от назначения здания требуется различное по сложности грозозащитное оборудование. При этом тип молниезащиты должен учитываться уже на стадии проектных работ. При сооружении молниеотвода исходят из необходимости внутренней или внешней защиты. Здесь мы поделимся информацией о конструкциях и монтаже наиболее важной для жестянщиков и кровельщиков внешней грозозащиты.

Из чего состоит грозозащита?

Состоит из молниеприемника, токоотводов и заземляющих устройств. Молниеприемники необходимы для улавливания молнии. Так как металлические кровли являются электрически проводимыми, то их относят к составным частям молниеприемных систем. При этом соединения отдельных конструкций должны быть выполнены надежными и долговечными с помощью высокотемпературной пайки, сварки, болтов, заклепок или обжимом (в случае металлической кровли – также фальцеванием и кляммерами).

Чтобы можно было включать металлическое покрытие в систему грозозащиты, требуется толщина листов для оцинкованной стали -минимум 0,5 мм, для нержавеющей стали -0,4 мм, для меди – 0,3 мм, для алюминия и цинка -0,7 мм, для свинца – 2 мм. В случае удара молнии, однако, нельзя исключать расплавления материала при упомянутых толщинах., так как грозозащита не дает 100%-ной защиты кровельного покрытия. К определенным кровельным конструкциям и зданиям предъявляются повышенные требования в отношении герметичности при дожде и пожарной защиты. К ним относятся, например, школы, больницы, мукомольные предприятия и склады горючего. Во избежание расплавления и связанных с ним опасностей требуется использование материалов значительно большей толщины: для оцинкованной стали – 4 мм, для меди – 5 мм, а для алюминия – даже 7 мм. Поскольку материалы такой толщины невозможно применять для кровельных покрытий по техническим и экономическим причинам, то на кровле защищаемых зданий устанавливают дополнительные молниеулавливатели. Они состоят из петлеобразной электрической проводки с улавливающим стержнем. Эффективные высоты этих стержней и соответствующие разным объектам сечения проводов указываются, как правило, профессиональными проектировщиками. Во избежание контактной коррозии материалы грозозащитного оборудования и кровли не должны сочетаться друг с другом.

Как крепить грозозащиту?

Во избежание повреждений в результате температурных деформаций покрытий шины не должны связываться с нижележащими конструкциями, в частности, с несущими элементами. При установке держателей проводов необходимо предусматривать возможность термического изменения их длины. Дополнительные молниезащитные устройства также должны монтироваться таким образом, чтобы не возникало препятствий термическим деформациям конструкций. В дальнейшем соединяются такие конструкции металлических кровель, как глубоко проложенные ендовы, фартуки вентиляционного оборудования, дымовых труб и слуховых окон, желоба и их нижние части, водосточные трубы, если они соединены с кровлей способом с применением непроводящего материала. Для их соединения используют специальные клеммы и провода, эти конструкции замыкают на металлическую кровлю или на отводящую проводку. При монтаже переходных шин, к сожалению, часто пренебрегают температурными деформациями конструкций, что во многих случаях приводит к повреждениям металлического покрытия.

Задача отводящих частей грозозащиты состоит в отведении энергии электрического заряда кратчайшим путем к устройствам заземления. Для этого нужно укладывать проводку от улавливающего устройства к устройствам заземления прямо, вертикально, без каких-либо неровностей. В местах спуска молниезащиты с кровли к отводящему оборудованию необходимо подключать защиту к кровельным желобам. Металлические водосточные трубы также затем соединяются с заземляющим устройством или с системой выравнивания потенциалов, если они не являются составной частью отводящей системы. Эти мероприятия должны предотвращать возможное искрообразование при ударе молнии. Размещение электроотводящих устройств внутри водосточных труб не допустимо, так как возможно искрообразование. Другие нежелательные эффекты – закупорка труб посторонними материалами и возникновение коррозионных повреждений.

В качестве составной части отводящих устройств могут служить связанные друг с другом элементы металлических фасадов или их внутренние конструкции, при этом должно быть обеспечено надежное примыкание к заземляющим и улавливающим устройствам. Промежуточные расстояния между отводящими устройствами и их количество для одного здания зависят от рассчитываемого проектировщиками класса грозозащитной системы. Диапазон распространяется от I до IV классов. Типовые расстояния между отводящими устройствами составляют 10, 15,20 и 25 м. Отводящие системы должны быть по возможности равномерно распределены по периметру здания. Однако на одно заземляющее устройство требуется минимум два отводящих. Только тогда грозозащита сработает максимально эффективно.

Задача заземляющего оборудования заключается в безопасном отведении возникающего тока в землю. Для этого в зависимости от условий строительства и свойств грунта применяют различные заземлители. При новом строительстве распространены фундаментные заземляющие устройства из защищенной от коррозии полосовой стали. Они сливаются с фундаментом и имеют отводящую часть в виде так называемого внешнего вывода. Кольцевые заземляющие устройства укладываются, по возможности, как замкнутое кольцо на глубину минимум 0,5 м и на расстоянии 1 м от внешней стороны фундамента. Чтобы быть уверенным в эффективности заземляющего устройства и всей системы молниезащиты, необходимо проводить измерения. С этой целью требуется предусматривать на каждом примыкании к отводящему устройству точки замеров. Только безупречная совместная работа таких компонентов, как улавливающие, отводящие и заземляющие устройства, может обеспечить надежную защиту от повреждений при ударе молнии. Поэтому необходимы внимательное проектирование и тщательное выполнение систем грозозащиты.

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УТВЕРЖДЕНО
приказом Минэнерго России
от 30.06.2003 № 280

ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ

СО 153-34.21.122-2003

УДК 621.316(083.13)

Инструкция распространяется на все виды зданий, сооружений и промышленных коммуникаций независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности.

Для руководителей и специалистов проектных и эксплуатационных организаций.

1. ВВЕДЕНИЕ

Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (далее - Инструкция) распространяется на все виды зданий, сооружений и промышленные коммуникации независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности.

Инструкция предназначена для использования при разработке проектов, строительстве, эксплуатации, а также при реконструкции зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.

В случае, когда требования отраслевых нормативных документов являются более жесткими, чем в настоящей Инструкции, при разработке молниезащиты рекомендуется выполнять отраслевые требования. Также рекомендуется поступать, когда предписания Инструкции нельзя совместить с технологическими особенностями защищаемого объекта. При этом используемые средства и методы молниезащиты выбираются исходя из условия обеспечения требуемой надежности.

При разработке проектов зданий, сооружений и промышленных коммуникаций, помимо требований Инструкции, учитываются дополнительные требования к выполнению молниезащиты других действующих норм, правил, инструкций, государственных стандартов.

При нормировании молниезащиты за исходное принято положение, что любое ее устройство не может предотвратить развитие молнии.

Применение норматива при выборе молниезащиты существенно снижает риск ущерба от удара молнии.

Тип и размещение устройств молниезащиты выбираются на стадии проектирования нового объекта, чтобы иметь возможность максимально использовать проводящие элементы последнего. Это облегчит разработку и исполнение устройств молниезащиты, совмещенных с самим зданием, позволит улучшить его эстетический вид, повысить эффективность молниезащиты, минимизировать ее стоимость и трудозатраты.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. 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.

Защищаемый объект - здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требованиям настоящего норматива.

Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние и внутренние 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.

Устройства защиты от вторичных воздействий молнии - устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.

Устройства для выравнивания потенциалов - элементы устройств защиты, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную растеканием тока молнии.

Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

Токоотвод (спуск) - часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

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

Заземляющий контур - заземляющий проводник в виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.

Сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.

Соединенная между собой металлическая арматура - арматура железобетонных конструкций здания (сооружения), которая обеспечивает электрическую непрерывность.

Опасное искрение - недопустимый электрический разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии.

Безопасное расстояние - минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может произойти опасного искрения.

Устройство защиты от перенапряжений - устройство, предназначенное для ограничения перенапряжений между элементами защищаемого объекта (например, разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжений или иное защитное устройство).

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.

Допустимая вероятность прорыва молнии - предельно допустимая вероятность Р удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами.

Надежность защиты определяется как 1 - Р.

Промышленные коммуникации - силовые и информационные кабели, проводящие трубопроводы, непроводящие трубопроводы с внутренней проводящей средой.

2.2. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты

Классификация объектов определяется 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 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. Для электронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.

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.

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, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

В табл. 2.1 даны примеры разделения объектов на четыре класса.

Таблица 2.1

Примеры классификации объектов

Объект	Тип объекта	Последствия удара молнии
Обычный	Жилой дом	Отказ электроустановок, пожар и повреждение имущества. Обычно небольшое повреждение предметов, расположенных в месте удара молнии или задетых ее каналом
	Ферма	Первоначально - пожар и занос опасного напряжения, затем - потеря электропитания с риском гибели животных из-за отказа электронной системы управления вентиляцией, подачи корма и т. д.
	Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий
	Банк; страховая компания; коммерческий офис	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных
	Больница; детский сад; дом для престарелых	Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных. Необходимость помощи тяжелобольным и неподвижным людям
	Промышленные предприятия	Дополнительные последствия, зависящие от условий производства - от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции
	Музеи и археологические памятники	Невосполнимая потеря культурных ценностей
Специальный с ограниченной опасностью	Средства связи; электростанции; пожароопасные производства	Недопустимое нарушение коммунального обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для соседних объектов
Специальный, представляющий опасность для непосредственного окружения	Нефтеперерабатывающие предприятия; заправочные станции; производства петард и фейерверков	Пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости
Специальный, опасный для экологии	Химический завод; атомная электростанция; биохимические фабрики и лаборатории	Пожар и нарушение работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

Уровень защиты	Надежность защиты от ПУМ
I	0,98
II	0,95
III	0,90
IV	0,80

Для специальных объектов минимально допустимый уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от ПУМ по согласованию с органами государственного контроля.

По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.

2.3. Параметры токов молнии

Параметры токов молнии необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий.

2.3.1. Классификация воздействий токов молнии

Для каждого уровня молниезащиты должны быть определены предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в нормативе, относятся к нисходящим и восходящим молниям.

Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимают это соотношение равным 10 % для разрядов с положительными токами и 90 % для разрядов с отрицательными токами.

Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока I, полным зарядом Q полн, зарядом в импульсе Q имп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах.

Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30 %-ного и 90 %-ного уровней от наибольшего значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.

2.3.2. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии

Значения расчетных параметров для принятых в табл. 2.2 уровней защищенности (при соотношении 10 % к 90 % между долями положительных и отрицательных разрядов) приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты

2.3.3. Плотность ударов молнии в землю

Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км 2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.

Если же плотность ударов молнии в землю N g неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1/(км 2 ·год):

, (2.1)

где Т d - средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.

2.3.4. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий молнии

Кроме механических и термических воздействий ток молнии создает мощные импульсы электромагнитного излучения, которые могут быть причиной повреждения систем, включающих оборудование связи, управления, автоматики, вычислительные и информационные устройства и т. п. Эти сложные и дорогостоящие системы используются во многих отраслях производства и бизнеса. Их повреждение в результате удара молнии крайне нежелательно по соображениям безопасности, а также по экономическим соображениям.

Удар молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных промежутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток. Параметры импульса тока первого компонента существенно отличаются от характеристик импульсов последующих компонентов. Ниже приводятся данные, характеризующие расчетные параметры импульсов тока первого и последующих импульсов (табл. 2.4 и 2.5), а также длительного тока (табл. 2.6) в паузах между импульсами для обычных объектов при различных уровнях защиты.

Таблица 2.4

Параметры первого импульса тока молнии

Параметр тока	Уровень защиты
Параметр тока	I	II	III, IV
Максимум тока I, кА	200	150	100
Длительность фронта T 1 , мкс	10	10	10
Время полуспада Т 2 , мкс	350	350	350
Заряд в импульсе Q сум *, Кл	100	75	50
Удельная энергия в импульсе W/R**, МДж/Ом	10	5,6	2,5

________________
* Поскольку значительная часть общего заряда Q сум приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенной величине.
** Поскольку значительная часть общей удельной энергии W/R приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенной величине.

Таблица 2.5

Параметры последующего импульса тока молнии

Таблица 2.6

Параметры длительного тока молнии в промежутке между импульсами

______________
* Q дл - заряд, обусловленный длительным протеканием тока в период между двумя импульсами тока молнии.

Средний ток приблизительно равен Q дл /Т.

Форма импульсов тока определяется следующим выражением:

где I - максимум тока;
h - коэффициент, корректирующий значение максимума тока;
t - время;
τ 1 - постоянная времени для фронта;
τ 2 - постоянная времени для спада.

Значения параметров, входящих в формулу (2.2), описывающую изменение тока молнии во времени, приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Значения параметров для расчета формы импульса тока молнии

Параметр	Первый импульс			Последующий импульс
	Уровень защиты			Уровень защиты
	I	II	III, IV	I	II	III, IV
I, кА	200	150	100	50	37,5	25
h	0,93	0,93	0,93	0,993	0,993	0,993
τ 1 , мкс	19,0	19,0	19,0	0,454	0,454	0,454
τ 2 , мкс	485	485	485	143	143	143

Длительный импульс может быть принят прямоугольным со средним током I и длительностью Т, соответствующими данным табл. 2.6.

3. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

3.1. Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (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 (спусков) и растекаются в земле.

3.2. Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. В случае специального изготовления их материал и сечения должны удовлетворять требованиям табл. 3.1.

Таблица 3.1

Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

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

3.2.1. Молниеприемники

3.2.1.1. Общие соображения

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

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники

Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

изоляционного покрытия

металлической кровлей

Таблица 3.2

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника

3.2.2. Токоотводы

3.2.2.1. Общие соображения

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

3.2.2.2. Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждую опору должен быть предусмотрен минимум один токоотвод.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждый конец троса требуется минимум по одному токоотводу.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждую ее опору требуется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов должно быть не менее двух.

3.2.2.3. Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 3.3.

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.

Таблица 3.3

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

Уровень защиты	Среднее расстояние, м
I	10
II	15
III	20
IV	25

3.2.2.4. Указания по размещению токоотводов

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

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

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

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

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

разными элементами

меньшие размеры

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

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

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1. Общие соображения

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

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

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

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

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

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

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

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

3.2.4. Крепление и соединения элементов внешней МЗС

3.2.4.1. Крепление

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

3.2.4.2. Соединения

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

3.3. Выбор молниеотводов

3.3.1. Общие соображения

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

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

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

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

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

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

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h 0

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

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

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

(3.1)

Таблица 3.4

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Р з	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h 0 , м	Радиус конуса r 0 , м
0,9	От 0 до 100	0,85h	1,2h
0,9	От 100 до 150	0,85h	h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,8h
	От 30 до 100	0,8h	h
	От 100 до 150	h	0,7h
0,999	От 0 до 30	0,7h	0,6h
	От 30 до 100	h	h
	От 100 до 150	h	h

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h 0

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

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:
L - расстояние между точками подвеса тросов

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

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

Таблица 3.5

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Надежность защиты Р з	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h 0 , м	Радиус конуса r 0 , м
0,9	От 0 до 150	0,87h	1,5h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,95h
	От 30 до 100	0,8h	h
	От 100 до 150	0,8h	h
0,999	От 0 до 30	0,75h	0,7h
	От 30 до 100	h	h
	От 100 до 150	h	h

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

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

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

(3.3)

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

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

Рис. 3.3. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Таблица 3.6

Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Р з	Высота молниеотвода h, м	L max , м	L 0 , м
0,9	От 0 до 30	5,75h	2,5h
	От 30 до 100	h	2,5h
	От 100 до 150	5,5h	2,5h
0,99	От 0 до 30	4,75h	2,25h
	От 30 до 100	h	h
	От 100 до 150	4,5h	1,5h
0,999	От 0 до 30	4,25h	2,25h
	От 30 до 100	h	h
	От 100 до 150	4,0h	1,5h

3.3.2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода

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

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) представлена на рис. 3.4. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h 0 , r 0) производится по формулам табл. 3.5 для одиночных тросовых молниеотводов.

Рис. 3.4. Зона защиты двойного тросового молниеотвода

Размеры внутренних областей определяются параметрами h 0 и h c , первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между тросами. При расстоянии между тросами L≤L c граница зоны не имеет провеса (h c = h 0). Для расстояний L c &de;L≤L max высота h c определяется по выражению

(3.7)

Входящие в него предельные расстояния Lmax и Lc вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.7, пригодным для тросов с высотой подвеса до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте h x определяется по формулам:

l x = L/2 при h c ≥ h x ;

(3.8)

Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше L max , вычисленного по формулам табл. 3.6. В противном случае опоры должны рассматриваться как одиночные стержневые молниеотводы.

Когда тросы непараллельны или разновысоки, либо их высота изменяется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Также рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, чтобы избежать излишних запасов по надежности защиты.

Таблица 3.7

Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Надежность защиты Р з	Высота молниеотвода h, м	L max , м	L c , м
0,9	от 0 до 150	6,0h	3,0h
0,99	от 0 до 30	5,0h	2,5h
	от 30 до 100	5,0h	h
	от 100 до 150	h	h
0,999	от 0 до 30	4,75h	2,25h
	от 30 до 100	h	h
	от 100 до 150	h	h

3.3.2.5 Зоны защиты замкнутого тросового молниеотвода

Расчетные формулы п. 3.3.2.5 могут использоваться для определения высоты подвеса замкнутого тросового молниеотвода, предназначенного для защиты с требуемой надежностью объектов высотой h 0

Рис. 3.5. Зона защиты замкнутого тросового молниеотвода

Для расчета h используется выражение:

h = A + Bh 0 , (3.9)

в котором константы А и В определяются в зависимости от уровня надежности защиты по следующим формулам:

а) надежность защиты Р з = 0,99

б) надежность защиты Р з = 0,999

Расчетные соотношения справедливы, когда D > 5 м. Работа с меньшими горизонтальными смещениями троса нецелесообразна из-за высокой вероятности обратных перекрытий молнии с троса на защищаемый объект. По экономическим соображениям замкнутые тросовые молниеотводы не рекомендуются, когда требуемая надежность защиты меньше 0,99.

Если высота объекта превышает 30 м, высота замкнутого тросового молниеотвода определяется с помощью программного обеспечения. Также следует поступать для замкнутого контура сложной формы.

После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомендуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов.

Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м, изложенные в стандарте МЭК (IEC 1024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных методов в следующих случаях:

В табл. 3.8 для уровней защиты I - IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.

Таблица 3.8

Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК

Уровень защиты	Радиус фиктивной сферы R, м	Угол a , °, при вершине молниеотвода для зданий различной высоты h, м				Шаг ячейки сетки, м
Уровень защиты	Радиус фиктивной сферы R, м	20	30	45	60	Шаг ячейки сетки, м
I	20	25	*	*	*	5
II	30	35	25	*	*	10
III	45	45	35	25	*	10
IV	60	55	45	35	25	20

_______________
* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.

Стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты, образованной под углом a к вертикали. Защитный угол выбирается по табл. 3.8, причем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена.

Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в табл. 3.8 для соответствующего уровня защиты.

Метод фиктивной сферы используется, чтобы определить зону защиты для части или областей сооружения, когда согласно табл. 3.4 исключено определение зоны защиты по защитному углу. Объект считается защищенным, если фиктивная сфера, касаясь поверхности молниеотвода и плоскости, на которой тот установлен, не имеет общих точек с защищаемым объектом.

Сетка защищает поверхность, если выполнены следующие условия:

Проводники сетки должны быть проложены, насколько это возможно, кратчайшими путями.

3.3.4. Защита электрических металлических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи

3.3.4.1. Защита вновь проектируемых кабельных линий

На вновь проектируемых и реконструируемых кабельных линиях магистральной и внутризоновых сетей 1 связи защитные мероприятия следует предусматривать в обязательном порядке на тех участках, где вероятная плотность повреждений (вероятное число опасных ударов молнии) превышает допустимую, указанную в табл. 3.9.

___________________
1 Магистральные сети - сети для передачи информации на большие расстояния; внутризоновые сети - сети для передачи информации между областными и районными центрами.

Таблица 3.9

Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для электрических кабелей связи

Тип кабеля	Допустимое расчетное число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год n 0
Тип кабеля	в горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении выше 500 Ом·м и в районах вечной мерзлоты	в остальных районах
Симметричные одночетверочные и однокоаксиальные	0,2	0,3
Симметричные четырех- и семичетверочные	0,1	0,2
Многопарные коаксиальные	0,1	0,2
Кабели зоновой связи	0,3	0,5

3.3.4.2. Защита новых линий, прокладываемых вблизи уже существующих

Если проектируемая кабельная линия прокладывается вблизи существующей кабельной магистрали и известно фактическое число повреждений последней за время эксплуатации сроком не менее 10 лет, то при проектировании защиты кабеля от ударов молнии норма на допустимую плотность повреждений должна учитывать отличие фактической и расчетной повреждаемости существующей кабельной линии.

В этом случае допустимая плотность n 0 повреждений проектируемой кабельной линии находится умножением допустимой плотности из табл. 3.9 на отношение расчетной n р и фактической n ф повреждаемостей существующего кабеля от ударов молнии на 100 км трассы в год:

3.3.4.3. Защита существующих кабельных линий

На существующих кабельных линиях защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но принимается не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях предусматривается прокладка грозозащитных тросов в земле. Если повреждается кабельная линия, уже имеющая защиту, то после устранения повреждения производится проверка состояния средств грозозащиты и только после этого принимается решение об оборудовании дополнительной защиты в виде прокладки тросов или замены существующего кабеля на более стойкий к разрядам молнии. Работы по защите должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.

3.3.5. Защита оптических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи

3.3.5.1. Допустимое число опасных ударов молнии в оптические линии магистральной и внутризоновых сетей связи

На проектируемых оптических кабельных линиях передачи магистральной и внутризоновых сетей связи защитные мероприятия от повреждений ударами молнии предусматриваются в обязательном порядке на тех участках, где вероятное число опасных ударов молнии (вероятная плотность повреждений) в кабели превышает допустимое число, указанное в табл. 3.10.

Таблица 3.10

Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для оптических кабелей связи

При проектировании оптических кабельных линий передачи предусматривается использование кабелей, имеющих категорию по молниестойкости не ниже приведенных в табл. 3.11, в зависимости от назначения кабелей и условий прокладки. В этом случае при прокладке кабелей на открытой местности защитные меры могут потребоваться крайне редко, только в районах с высоким удельным сопротивлением грунта и повышенной грозовой деятельностью.

Таблица 3.11

3.3.5.3. Защита существующих оптических кабельных линий

На существующих оптических кабельных линиях передачи защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но должна быть не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях необходимо предусматривать прокладку защитных проводов.

Работы по оборудованию защитных мер должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.

3.3.6. Защита от ударов молнии электрических и оптических кабелей связи, проложенных в населенном пункте

При прокладке кабелей в населенном пункте, кроме случая пересечения и сближения с ВЛ напряжением 110 кВ и выше, защита от ударов молнии не предусматривается.

3.3.7. Защита кабелей, проложенных вдоль опушки леса, вблизи отдельно стоящих деревьев, опор, мачт

Защита кабелей связи, проложенных вдоль опушки леса, а также вблизи объектов высотой более 6 м (отдельно стоящих деревьев, опор линий связи, линий электропередачи, мачт молниеотводов и т. п.) предусматривается, если расстояние между кабелем и объектом (или его подземной частью) менее расстояний, приведенных в табл. 3.12 для различных значений удельного сопротивления земли.

Таблица 3.12

Допустимые расстояния между кабелем и заземляющим контуром (опорой)

4. ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ

4.1. Общие положения

В разделе 4 изложены основные принципы защиты от вторичных воздействий молнии электрических и электронных систем с учетом рекомендаций МЭК (стандарт 61312). Эти системы используются во многих отраслях производства, применяющих достаточно сложное и дорогостоящее оборудование. Они более чувствительны к воздействию молнии, чем устройства предыдущих поколений, поэтому необходимо применять специальные меры по их защите от опасных воздействий молнии.

Пространство, в котором расположены электрические и электронные системы, должно быть разделено на зоны различной степени защиты. Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значения параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в пространстве зоны.

Зона 0 - зона, где каждый объект подвержен прямому удару молнии, и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой области электромагнитное поле имеет максимальное значение.

Зона 0 Е - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение.

Зона 1 - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зоне 0 Е; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.

Прочие зоны устанавливаются, если требуется дальнейшее уменьшение тока и/или ослабление электромагнитного поля; требования к параметрам зон определяются в соответствии с требованиями к защите различных зон объекта.

Общие принципы разделения защищаемого пространства на зоны молниезащиты показаны на рис. 4.1.

На границах зон должны осуществляться меры по экранированию и соединению всех пересекающих границу металлических элементов и коммуникаций.

Две пространственно разделенные зоны 1 с помощью экранированного соединения могут образовать общую зону (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Зоны защиты от воздействия молнии:
1 - ЗОНА 0 (внешнее окружение); 2 - ЗОНА 1 (внутренняя электромагнитная обстановка); 3 - ЗОНА 2; 4 - ЗОНА 2 (обстановка внутри шкафа); 5 - ЗОНА 3

Рис. 4.2. Объединение двух зон

4.3. Экранирование

Экранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помех.

Металлическая конструкция строительного сооружения используется или может быть использована в качестве экрана. Подобная экранная структура образуется, например, стальной арматурой крыши, стен, полов здания, а также металлическими деталями крыши, фасадов, стальными каркасами, решетками. Эта экранирующая структура образует электромагнитный экран с отверстиями (за счет окон, дверей, вентиляционных отверстий, шага сетки в арматуре, щелей в металлическом фасаде, отверстий для линий электроснабжения и т. п.). Для уменьшения влияния электромагнитных полей все металлические элементы объекта электрически объединяются и соединяются с системой молниезащиты (рис. 4.3).

Если кабели проходят между соседними объектами, заземлители последних соединяются для увеличения числа параллельных проводников и уменьшения, благодаря этому, токов в кабелях. Такому требованию хорошо удовлетворяет система заземления в виде сетки. Для уменьшения индуцированных помех можно использовать:

Все эти мероприятия могут быть выполнены одновременно.

Если внутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон.

Кабели, идущие от одного объекта к другому, по всей длине укладываются в металлические трубы, сетчатые короба или железобетонные короба с сетчатой арматурой. Металлические элементы труб, коробов и экраны кабелей соединяются с указанными общими шинами объектов. Можно не использовать металлические коробы или лотки, если экраны кабелей способны выдержать предполагаемый ток молнии.

Рис. 4.3. Объединение металлических элементов объекта для уменьшения влияния электромагнитных полей:

1 - сварка на пересечениях проводов; 2 - массивная непрерывная дверная рама; 3 - сварка на каждом стержне

4.4. Соединения

Соединения металлических элементов необходимы для уменьшения разности потенциалов между ними внутри защищаемого объекта. Соединения находящихся внутри защищаемого пространства и пересекающих границы зон молниезащиты металлических элементов и систем выполняются на границах зон. Осуществлять соединения следует с помощью специальных проводников или зажимов и, когда это необходимо, с помощью устройств защиты от перенапряжений.

4.4.1. Соединения на границах зон

Все входящие снаружи в объект проводники соединяются с системой молниезащиты.

Если внешние проводники, силовые кабели или кабели связи входят в объект в различных точках, и поэтому имеется несколько общих шин, последние присоединяются по кратчайшему пути к замкнутому контуру заземления или арматуре конструкции и металлической внешней облицовке (при ее наличии). Если замкнутого контура заземления нет, указанные общие шины присоединяются к отдельным заземляющим электродам и соединяются внешним кольцевым проводником или разорванным кольцом. Если внешние проводники входят в объект над землей, общие шины присоединяются к горизонтальному кольцевому проводнику внутри или снаружи стен. Этот проводник, в свою очередь, соединяется с нижними проводниками и арматурой.

Проводники и кабели, входящие в объект на уровне земли, рекомендуется соединять с системой молниезащиты на этом же уровне. Общая шина в точке входа кабелей в здание располагается как можно ближе к заземлителю и арматуре конструкции, с которыми она соединена.

Кольцевой проводник соединяется с арматурой или другими экранирующими элементами, такими как металлическая облицовка, через каждые 5 м. Минимальное поперечное сечение медных или стальных оцинкованных электродов - 50 мм 2 .

Общие шины для объектов, имеющих информационные системы, где влияние токов молнии предполагается свести к минимуму, следует изготавливать из металлических пластин с большим числом присоединений к арматуре или другим экранирующим элементам.

Для контактных соединений и устройств защиты от перенапряжений, расположенных на границах зон 0 и 1, принимаются параметры токов, указанные в табл. 2.3. При наличии нескольких проводников необходимо учитывать распределение токов по проводникам.

Для проводников и кабелей, входящих в объект на уровне земли, оценивается проводимая ими часть тока молнии.

Сечения соединительных проводников определяются согласно табл. 4.1 и 4.2. Табл. 4.1 используется, если через проводящий элемент протекает более 25 % тока молнии, а табл. 4.2 - если менее 25 %.

Таблица 4.1

Сечения проводников, через которые протекает большая часть тока молнии

Таблица 4.2

Сечения проводников, через которые протекает незначительная часть тока молнии

Устройство защиты от перенапряжений выбирается выдерживающим часть тока молнии, ограничивающим перенапряжения и обрывающим сопровождающие токи после главных импульсов.

Максимальное перенапряжение U max на входе в объект координируется с выдерживаемым напряжением системы.

Чтобы значение U max сводилось к минимуму, линии присоединяются к общей шине проводниками минимальной длины.

Все проводящие элементы, такие как кабельные линии, пересекающие границы зон молниезащиты, соединяются на этих границах. Соединение осуществляется на общей шине, к которой также присоединяются экранирующие и другие металлические элементы (например, корпуса оборудования).

Для контактных зажимов и устройств подавления перенапряжений параметры тока оцениваются в каждом отдельном случае. Максимальное перенапряжение на каждой границе координируется с выдерживаемым напряжением системы. Устройства защиты от перенапряжений на границах различных зон также координируются по энергетическим характеристикам.

4.4.2. Соединения внутри защищаемого объема

Все внутренние проводящие элементы значительных размеров, такие как направляющие лифтов, краны, металлические полы, рамы металлических дверей, трубы, кабельные лотки присоединяются к ближайшей общей шине или другому общему соединительному элементу по кратчайшему пути. Желательны и дополнительные соединения проводящих элементов.

Поперечные сечения соединительных проводников указаны в табл. 4.2. Предполагается, что в соединительных проводниках проходит только незначительная часть тока молнии.

Все открытые проводящие части информационных систем соединяются в единую сеть. В особых случаях такая сеть может не иметь соединения с заземлителем.

Есть два способа присоединения к заземлителю металлических частей информационных систем, таких как корпуса, оболочки или каркасы: соединения выполняются в виде радиальной системы или в виде сетки.

При использовании радиальной системы все ее металлические части изолируются от заземлителя на всем протяжении кроме единственной точки соединения с ним. Обычно такая система используется для относительно небольших объектов, где все элементы и кабели входят в объект в одной точке.

Радиальная система заземления присоединяется к общей системе заземления только в одной точке (рис. 4.4). В этом случае все линии и кабели между устройствами оборудования должны прокладываться параллельно образующим звезду проводникам заземления для уменьшения петли индуктивности. Благодаря заземлению в одной точке токи низкой частоты, появляющиеся при ударе молнии, не попадают в информационную систему. Кроме того, источники низкочастотных помех внутри информационной системы не создают токов в системе заземления. Ввод в защитную зону проводов производится исключительно в центральной точке системы уравнивания потенциалов. Указанная общая точка является также наилучшим местом присоединения устройств защиты от перенапряжений.

При использовании сетки ее металлические части не изолируются от общей системы заземления (рис. 4.5). Сетка соединяется с общей системой во многих точках. Обычно сетка используется для протяженных открытых систем, где оборудование связано большим числом различных линий и кабелей и где они входят в объект в различных точках. В этом случае вся система обладает низким сопротивлением на всех частотах. Кроме того, большое число короткозамкнутых контуров сетки ослабляет магнитное поле вблизи информационной системы. Приборы в защитной зоне соединяются друг с другом по кратчайшим расстояниям несколькими проводниками, а также с металлическими частями защищенной зоны и экраном зоны. При этом максимально используются имеющиеся в устройстве металлические части, такие как арматура в полу, стенах и на крыше, металлические решетки, металлическое оборудование неэлектрического назначения, такое, как трубы, вентиляционные и кабельные короба.

Рис. 4.4. Схема соединения проводов электропитания и связи при звездообразной системе уравнивания потенциалов:
1 - экран защитной зоны; 2 - электрическая изоляция; 3 - провод системы уравнивания потенциалов; 4 - центральная точка системы уравнивания потенциалов; 5 - провода связи, электропитания

Рис. 4.5. Сетчатое выполнение системы уравнивания потенциалов:
1 - экран защитной зоны; 2 - проводник уравнивания потенциалов

Рис. 4.6. Комплексное выполнение системы уравнивания потенциалов:
1 - экран защитной зоны; 2 - электрическая изоляция; 3 - центральная точка системы уравнивания потенциалов

Обе конфигурации, радиальная и сетка, могут быть объединены в комплексную систему как показано на рис. 4.6. Обычно, хотя это и не обязательно, соединение локальной сети заземления с общей системой осуществляется на границе зоны молниезащиты.

4.5. Заземление

Основная задача заземляющего устройства молниезащиты - отвести как можно большую часть тока молнии (50 % и более) в землю. Остальная часть тока растекается по подходящим к зданию коммуникациям (оболочкам кабелей, трубам водоснабжения и т. п.) При этом не возникают опасные напряжения на самом заземлителе. Эта задача выполняется сетчатой системой под зданием и вокруг него. Заземляющие проводники образуют сетчатый контур, объединяющий арматуру бетона внизу фундамента. Это обычный метод создания электромагнитного экрана внизу здания. Кольцевой проводник вокруг здания и/или в бетоне на периферии фундамента соединяется с системой заземления заземляющими проводниками обычно через каждые 5 м. Внешний заземлитель проводник может быть соединен с указанными кольцевыми проводниками.

Арматура бетона внизу фундамента соединяется с системой заземления. Арматура должна образовывать сетку, соединенную с системой заземления обычно через каждые 5 м.

Можно использовать сетку из оцинкованной стали с шириной ячейки обычно 5 м, приваренную или механически прикрепленную к прутьям арматуры обычно через каждый 1 м. Концы проводников сетки могут служить заземляющими проводниками для соединительных полос. На рис. 4.7 и 4.8 показаны примеры сетчатого заземляющего устройства.

Связь заземлителя и системы соединений создает систему заземления. Основная задача системы заземления - уменьшать разность потенциалов между любыми точками здания и оборудования. Эта задача решается созданием большого количества параллельных путей для токов молнии и наведенных токов, образующих сеть с низким сопротивлением в широком спектре частот. Множественные и параллельные пути имеют различные резонансные частоты. Множество контуров с частотно-зависимыми сопротивлениями создают единую сеть с низким сопротивлением для помех рассматриваемого спектра.

4.6. Устройства защиты от перенапряжений

Устройства защиты от перенапряжений (УЗП) устанавливаются в месте пересечения линией электроснабжения, управления, связи, телекоммуникации границы двух зон экранирования. УЗП координируют для достижения приемлемого распределения нагрузки между ними в соответствии с их стойкостью к разрушению, а также для уменьшения вероятности разрушения защищаемого оборудования под воздействием тока молнии (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Пример установки УЗП в здании

Рекомендуется входящие в здание линии питания и связи соединять одной шиной и располагать их УЗП как можно ближе одно к другому. Это особенно важно в зданиях из неэкранирующего материала (дерева, кирпича и т. п.). УЗП выбираются и устанавливаются так, чтобы ток молнии был в основном отведен в систему заземления на границе зон 0 и 1.

Так как энергия тока молнии в основном рассеивается на указанной границе, последующие УЗП защищают лишь от оставшейся энергии и воздействия электромагнитного поля в зоне 1. Для наилучшей защиты от перенапряжений при установке УЗП используют короткие соединительные проводники, выводы и кабели.

Исходя из требований координации изоляции в силовых установках и устойчивости к повреждениям защищаемого оборудования, необходимо выбирать уровень УЗП по напряжению ниже максимального значения, чтобы воздействие на защищаемое оборудование всегда было ниже допустимого напряжения. Если уровень устойчивости к повреждениям неизвестен, следует использовать ориентировочный или полученный в результате испытаний уровень. Количество УЗП в защищаемой системе зависит от устойчивости защищаемого оборудования к повреждениям и характеристик самих УЗП.

4.7. Защита оборудования в существующих зданиях

Все возрастающее использование сложного электронного оборудования в уже существующих зданиях требует более надежной защиты от молнии и других электромагнитных помех. Принимается во внимание, что в существующих зданиях необходимые меры по молниезащите выбирают с учетом особенностей здания, таких как конструктивные элементы, существующее силовое и информационное оборудование.

Необходимость в защитных мерах и их выбор определяют на основании исходных данных, которые собирают на стадии предпроектных изысканий. Примерный перечень таких данных приведен в табл. 4.3-4.6.

Таблица 4.3

Исходные данные о здании и окружении

№ п/п	Характеристика
1	Материал здания - каменная кладка, кирпич, дерево, железобетон, стальной каркас
2	Единое здание или несколько отдельных блоков с большим количеством соединений
3	Низкое и плоское или высокое здание (размеры здания)
4	Соединена ли арматура по всему зданию?
5	Соединена ли электрически металлическая облицовка?
6	Размеры окон
7	Имеется ли внешняя система молниезащиты?
8	Тип и качество внешней системы молниезащиты
9	Тип почвы (камень, земля)
10	Заземленные элементы соседних зданий (высота, расстояние до них)

Таблица 4.4

Исходные данные по оборудованию

№ п/п	Характеристика
1	Входящие линии (подземные или воздушные)
2	Антенны или другие внешние устройства
3	Тип системы питания (высоковольтная или низковольтная, подземная или надземная)
4	Прокладка кабелей (число и расположение вертикальных участков, способ прокладки кабелей)
5	Использование металлических кабельных лотков
6	Имеется ли внутри здания электронное оборудование?
7	Есть ли проводники, отходящие к другим зданиям?

Таблица 4.5

Характеристики оборудования

Таблица 4.6

Другие данные, касающиеся выбора концепции защиты

На основании анализа риска и данных, приведенных в табл. 4.3-4.6, принимается решение о необходимости построения или реконструкции системы молниезащиты.

4.7.1 Меры защиты при использовании внешней системы молниезащиты

Основная задача - нахождение оптимального решения по улучшению внешней системы молниезащиты и по другим мерам.

Усовершенствование внешней системы молниезащиты достигается:

4.7.2. Меры защиты при использовании кабелей

Эффективными мерами по снижению перенапряжений являются рациональная прокладка и экранирование кабелей. Эти меры тем важнее, чем меньше экранирует внешняя система молниезащиты.

Больших петель можно избежать, прокладывая совместно силовые кабели и экранированные кабели связи. Экран соединяется с оборудованием на обоих концах.

Любое дополнительное экранирование, например, прокладка проводов и кабелей в металлических трубах или лотках между этажами, снижает полное сопротивление общей системы соединений. Эти меры наиболее важны для высоких или протяженных зданий или когда оборудование должно работать особенно надежно.

Предпочтительными местами установки УЗП являются границы зон 0/1 и зон 0/1/2 соответственно, расположенные на входе в здание.

Как правило, общая сеть соединений не используется в рабочем режиме как обратный проводник силовой или информационной цепи.

4.7.3. Меры защиты при использовании антенн и другого оборудования

Примерами такого оборудования являются различные внешние устройства, такие как антенны, метеорологические датчики, камеры наружного наблюдения, наружные датчики на промышленных объектах (датчики давления, температуры, скорости потока, положения клапана и т. д.) и любое другое электрическое, электронное и радиооборудование, установленное снаружи на здании, мачте, или промышленном резервуаре.

По возможности молниеотвод устанавливается таким образом, чтобы оборудование было защищено от прямого попадания молнии. Отдельные антенны оставляют абсолютно открытыми по технологическим соображениям. Некоторые из них имеют встроенную систему молниезащиты и могут без повреждений выдержать попадание молнии. Другие, менее защищенные типы антенн, могут требовать установки УЗП на питающем кабеле, чтобы предотвратить попадание тока молнии по кабелю антенны в приемник или передатчик. При наличии внешней системы молниезащиты крепления антенны присоединяются к ней.

Наведение напряжения в кабелях между зданиями можно предотвратить, прокладывая их в соединенных металлических лотках или трубах. Все кабели, идущие к связанному с антенной оборудованию, прокладываются с выводом из трубы в одной точке. Следует обратить максимальное внимание на экранирующие свойства самого объекта и прокладывать кабели в его трубчатых элементах. Если это невозможно, как в случае с технологическими емкостями, кабели следует прокладывать снаружи, но как можно ближе к объекту, максимально используя при этом такие естественные экраны, как металлические лестницы, трубы и др. В мачтах с L-образными угловыми элементами кабели располагаются внутри угла для максимальной естественной защиты. В крайнем случае рядом с кабелем антенны следует разместить эквипотенциальный соединительный проводник с минимальным поперечным сечением 6 мм 2 . Все эти меры снижают наведенное напряжение в петле, образованной кабелями и зданием, и, соответственно, уменьшают вероятность пробоя между ними, т. е. вероятность возникновения дуги внутри оборудования между электросетью и зданием.

4.7.4. Меры защиты силовых кабелей и кабелей связи между зданиями

Связи между зданиями подразделяются на два главных типа: силовые кабели с металлической оболочкой, металлические (витая пара, волноводы, коаксиальные и многожильные кабели) и оптоволоконные кабели. Защитные меры зависят от типов кабелей, их количества, а также от того, соединены ли системы молниезащиты двух зданий.

Полностью изолированный оптоволоконный кабель (без металлического армирования, фольги для защиты от влаги или стального внутреннего проводника) может быть применен без дополнительных мер защиты. Использование такого кабеля является наилучшим вариантом, так как обеспечивает полную защиту от электромагнитных воздействий. Однако если кабель содержит протяженный металлический элемент (за исключением жил дистанционного питания), последний должен быть на входе в здание присоединен к общей системе соединений и не должен напрямую входить в оптический приемник или передатчик. Если здания расположены близко друг к другу и их системы молниезащиты не соединены, предпочтительнее использовать оптоволоконный кабель без металлических элементов во избежание больших токов в этих элементах и их перегрева. Если же имеется соединенный с системой молниезащиты кабель, то можно использовать оптический кабель с металлическими элементами, чтобы отвести часть тока от первого кабеля.

Металлические кабели между зданиями с изолированными системами молниезащиты. При данном соединении систем защиты повреждения весьма вероятны на обоих концах кабеля вследствие прохождения по нему тока молнии. Поэтому на обоих концах кабеля необходимо установить УЗП, а также, где возможно, следует соединять системы молниезащиты двух зданий и прокладывать кабель в соединенных металлических лотках.

Металлические кабели между зданиями с соединенными системами молниезащиты. В зависимости от числа кабелей между зданиями защитные меры могут включать соединение кабельных лотков при нескольких кабелях (для новых кабелей) или при большом количестве кабелей, как в случае с химическим производством, экранирование или применение гибких металлошлангов для многожильных кабелей управления. Подсоединение обоих концов кабеля к связанным системам молниезащиты часто обеспечивает достаточное экранирование, особенно если кабелей много и ток распределится между ними.

1. Разработка эксплуатационно-технической документации

Во всех организациях и предприятиях независимо от форм собственности рекомендуется иметь комплект эксплуатационно-технической документации молниезащиты объектов, для которых необходимо устройство молниезащиты.

Комплект эксплуатационно-технической документации молниезащиты содержит:

конструктивных элементов

В пояснительной записке приводятся:

В пояснительной записке указываются предприятие-разработчик комплекта эксплуатационно-технической документации, основание для его разработки, перечень действующих нормативных документов и технической документации, которыми руководствовались при работе над проектом, специальные требования к проектируемому устройству.

Исходные данные для проектирования молниезащиты включают:

электрическое сопротивление

В разделе "Принятые способы молниезащиты объектов" излагаются выбранные способы защиты зданий и сооружений от непосредственного контакта с каналом молнии, вторичных проявлений молнии и заносов высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации.

Объекты, построенные (проектируемые) по одному и тому же типовому или повторно применяемому проекту, имеющие единые строительные характеристики и геометрические размеры и одинаковое устройство молниезащиты, могут иметь одну общую схему и расчет зон защиты молниеотводов. Перечень этих защищаемых объектов приводится на схеме зоны защиты одного из сооружений.

При проверке надежности защиты с использованием программного обеспечения приводятся данные компьютерных расчетов в виде сводки проектных вариантов и формируется заключение об их эффективности.

При разработке технической документации предлагается максимально использовать типовые конструкции молниеотводов и заземлителей и типовые рабочие чертежи по молниезащите. При невозможности применения типовых конструкций устройств молниезащиты могут разрабатываться рабочие чертежи отдельных элементов: фундаментов, опор, молниеприемников, токоотводов, заземлителей.

Для уменьшения объема технической документации и удешевления строительства рекомендуется совмещать проекты молниезащиты с рабочими чертежами на общестроительные работы и работы по монтажу сантехнического и электротехнического оборудования с целью использования для молниезащиты сантехнических коммуникаций и заземлителей электротехнических устройств.

2. Порядок приемки устройств молниезащиты в эксплуатацию

Молниезащитные устройства объектов, законченных строительством (реконструкцией), принимаются в эксплуатацию рабочей комиссией и передаются в эксплуатацию заказчику до начала монтажа технологического оборудования, завоза и загрузки в здания и сооружения оборудования и ценного имущества.

Приемка молниезащитных устройств на действующих объектах осуществляется рабочей комиссией.

Состав рабочей комиссии определяется заказчиком. В состав рабочей комиссии обычно включаются представители:

Рабочей комиссии предъявляются следующие документы:

Рабочая комиссия производит полную проверку и осмотр выполненных строительно-монтажных работ по монтажу молниезащитных устройств.

Приемка молниезащитных устройств вновь строящихся объектов оформляется актами приемки оборудования для устройств молниезащиты. Ввод молниезащитных устройств в эксплуатацию оформляется, как правило, актами-допусками соответствующих органов государственного контроля и надзора.

После приемки в эксплуатацию устройств молниезащиты составляются паспорта молниезащитных устройств и паспорта заземлителей устройств молниезащиты, которые хранятся у ответственного за электрохозяйство.

Акты, утвержденные руководителем организации, вместе с представленными актами на скрытые работы и протоколы измерений включаются в паспорт молниезащитных устройств.

3. Эксплуатация устройств молниезащиты

Устройства молниезащиты зданий, сооружений и наружных установок объектов эксплуатируются в соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и указаниями данной Инструкции. Задачей эксплуатации устройств молниезащиты объектов является поддержание их в состоянии необходимой исправности и надежности.

Для обеспечения постоянной надежности работы устройств молниезащиты ежегодно перед началом грозового сезона производится проверка и осмотр всех устройств молниезащиты.

Проверки проводятся также после установки системы молниезащиты, после внесения каких-либо изменений в систему молниезащиты, после любых повреждений защищаемого объекта. Каждая проверка проводится в соответствии с рабочей программой.

Для проведения проверки состояния МЗС указывается причина проверки и организуются:

Во время осмотра и проверки устройств молниезащиты рекомендуется:

проверить визуальным осмотром (с помощью бинокля) целостность молниеприемников и токоотводов, надежность их соединения и крепления к мачтам;
выявить элементы устройств молниезащиты, требующие замены или ремонта вследствие нарушения их механической прочности;
определить степень разрушения коррозией отдельных элементов устройств молниезащиты, принять меры по антикоррозионной защите и усилению элементов, поврежденных коррозией;
проверить надежность электрических соединений между токоведущими частями всех элементов устройств молниезащиты;
проверить соответствие устройств молниезащиты назначению объектов и в случае наличия строительных или технологических изменений за предшествующий период наметить мероприятия по модернизации и реконструкции молниезащиты в соответствии с требованиями настоящей Инструкции;
уточнить исполнительную схему устройств молниезащиты и определить пути растекания тока молнии по ее элементам при разряде молнии методом имитации разряда молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса, подключенного между молниеприемником и удаленным токовым электродом;
измерить значение сопротивления растеканию импульсного тока методом "амперметра-вольтметра" с помощью специализированного измерительного комплекса;
измерить значения импульсных перенапряжений в сетях электроснабжения при ударе молнии, распределения потенциалов по металлоконструкциям и системе заземления здания методом имитации удара молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса;

измерение сопротивления проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов (металлосвязь) (2p);
измерение сопротивления заземляющих устройств по трёхполюсной схеме (3p);
измерение сопротивления заземляющих устройств по четырехполюсной схеме (4p);
измерение сопротивления многократных заземляющих устройств без разрыва цепи заземлителей (с применением токоизмерительных клещей);
измерение сопротивления заземляющих устройств методом двух клещей;
измерение сопротивления молниезащит (громоотводов) по четырехполюсной схеме импульсным методом;
измерение переменного тока (ток утечки);
измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера с возможностью выбора расстояния между измерительными электродами;
высокая помехоустойчивость;
сохранение результатов измерений в память;
подключение измерителя к компьютеру (USB);
совместимость с программой СОНЭЛ Протоколы;

измерить значение электромагнитных полей в окрестности расположения устройства молниезащиты методом имитации удара молнии в молниеприемник с помощью специальных антенн;
проверить наличие необходимой документации на устройства молниезащиты.

Периодическому контролю со вскрытием в течение шести лет (для объектов I категории) подвергаются все искусственные заземлители, токоотводы и места их присоединений; при этом ежегодно производится проверка до 20 % их общего количества. Пораженные коррозией заземлители и токоотводы при уменьшении их площади поперечного сечения более чем на 25 % должны быть заменены новыми.

Внеочередные осмотры устройств молниезащиты следует производить после стихийных бедствий (ураганный ветер, наводнение, землетрясение, пожар) и гроз чрезвычайной интенсивности.

Внеочередные замеры сопротивления заземления устройств молниезащиты следует производить после выполнения ремонтных работ как на устройствах молниезащиты, так и на самих защищаемых объектах и вблизи них.

Результаты проверок оформляются актами, заносятся в паспорта и журнал учета состояния устройств молниезащиты.

На основании полученных данных составляется план ремонта и устранения дефектов устройств молниезащиты, обнаруженных во время осмотров и проверок.

Земляные работы у защищаемых зданий и сооружений объектов, устройств молниезащиты, а также вблизи них производятся, как правило, с разрешения эксплуатирующей организации, которая выделяет ответственных лиц, наблюдающих за сохранностью устройств молниезащиты.

Во время грозы работы на устройствах молниезащиты и вблизи них не производятся.

Правила молниезащиты зданий и сооружений. В чем особенности молниезащиты зданий и сооружений и какая она бывает