Молниезащита зданий и сооружений

Молнии – это концентрированный электрический ток, который испускается грозовым облаком, образующимся при повышенной влажности воздуха и резком изменении температуры. Молнии способны преодолевать огромные расстояния. Прямое попадание грозового разряда в объект обеспечивает нагрев до сверхвысоких температур с последующим плавлением и даже испарением. В конструкциях за счет резкого возрастания электродинамического напряжения могут происходить взрывы. Имеется и последующее негативное влияние молниевого разряда: спровоцированное ударом магнитное поле порождает электродвижущую силу на замкнутых контурах из металлических конструкций, которая, в свою очередь, может вызвать искры и сильный нагрев, вывести из строя электроустановки и стать причиной для электроударов и прочих несчастных случаев с людьми. Для предотвращения негативных последствий от ударов молнии необходимо предусмотреть устройство молниезащиты.

Молнии образуются в грозовых облаках и несут угрозу зданиям

Что такое молниезащита зданий и сооружений

Коротко это комплекс действий и мероприятий, а также различные защитные приспособления для предотвращения аварий и возгораний в зданиях и сооружениях жилого и промышленного назначения при попадании в них молний.

Мероприятия по молниезащите подразделяются на внешние и внутренние. Внешняя защита состоит из устройств, которые перехватывают электрозаряд от молнии и направляют его в землю по специальным токоотводным каналам. Такие конструкции, смонтированные в соответствии с обязательными техническими правилами по молниезащите, надежно предохраняют строения и людей внутри них от поражения.

Внешние мероприятия по молниезащите зданий и сооружений делятся на активные и пассивные.

Пассивная защита представлена в следующих вариантах:

• молниеприемная сетка из стальных прутков или катанки, ее применение разрешают все нормативы по молниезащите, хотя при малых превышениях сетка не в состоянии защитить поверхность кровли достаточно надежно;

Пространственная сетка на крыше здания

• металлические прутья (от одного до нескольких штук) для приема разрядов молний, специальный кабель связывает их и заземляющие контуры- молниеотводы;
• молниепринимающие металлические тросы.

Все приспособления внешней молниезащиты имеют один стандарт и состоят из трех основных частей: перехватчика электроразряда из грозового облака – молниеприёмника; конструктивной части, проводящей электричество на заземлители, и заземляющего элемента, который выводит молниевый заряд в почву.

Внутренний комплекс мероприятий по молниезащите направлен на предотвращение вреда, который может получить электрооборудование от резкого скачка напряжения в сети в результате удара молнии. Исполнение внутренней молниезащиты представлено двумя типами: 1 – противостояние прямому удару молнии, 2 – противостояние непрямому удару, прошедшему вблизи зданий/сооружений.

Со вторичным воздействием молниевого разряда в виде высоких потенциалов внутри строений борются с помощью грамотной организации заземления. Электромагнитную индукцию в длинных железных конструкциях снимают с помощью установки перемычек из металла. Занос высоких электропотенциалов через вводы для коммуникаций предотвращают вентильными разрядниками и специальными искровыми прерывателями, которые срабатывают при резком скачке напряжения.

Вентильный разрядник РВН 0,5

Также проблема решается запрещением ввода воздушных линий для некоторых категорий сооружений и заменой их подземными кабельными вводами.

Принципы действия молниеотводов

Работа этих устройств базируется на том, что молнии всегда бьют в наиболее высокие и выделяющиеся металлические части. Все молниеотводы имеют свою защитную зону – это территория, которая защищена от прямого попадания молнии. При приближении разряда самая первая молния поражает самую высокую точку здания или сооружения, а защита отводит электрическую энергию в почву, а сам охраняемый объект не затрагивается. В случае, когда размеры сооружения превышают размеры охранной зоны одного молниеотвода, устанавливают дополнительные устройства такого типа (три-четыре взаимосвязанных стержневых устройства, имеющих общее заземление).

Надежность защитных зон, которые обеспечивают молниеотводы, по ГОСТ подразделяется на типы: «А» – степень надежности приближена к ста процентам (99,5) и «Б» – степень защищенности от 95 процентов. Сама защитная зона имеет конусообразную форму, ее высота и площадь основания определяются габаритами здания. Самая большая высота громоотводов, которую допускают строительные нормы, составляет 150 метров.

Устройство молниеотводов

Любой молниеотвод состоит из трех основных элементов: приемника молний, токоотводящих жил (обычно из меди или стали) и защемляющего контура, передающего накопленный заряд в землю на глубину от полутора до трех метров. Простейший вид такого устройства представляет собой металлическую мачту. Опорные стойки приспособлений по молниезащите имеют, как правило, исполнение в виде стальных труб одинакового диаметра, а также колонн из древесины или железобетона. Токоведущие части молниеотводящих устройств часто крепятся на конструкционные элементы самих сооружений. Молниепринимающие ловушки на молниеотводах стержневого типа состоят из стали и должны быть не менее 20 сантиметров высотой.

Молниеотвод (громоотвод) – устройство номер 1 для защиты зданий от молний

Тросовые молниеотводы называют еще линейными, они представляют собой проволоку, натянутую между пары железных мачт. Такое устройство позволяет собирать все попадающие в поле защиты разряды молний. Линейные громоотводы соединяются с заземляющим контуром кабелем большого диаметра из меди или же простой металлической арматурой.

Схема линейного молниеотвода

На высотных зданиях часто монтируют металлический или железобетонный каркас в качестве токоотвода.

Классификация объектов, подлежащих защите

Согласно нормам гост, здания и сооружения, которые необходимо охранять от попадания молний, делятся по степени опасности на обыкновенные и спецобъекты. Обычными объектами считаются строения жилого и административного назначения для торговых, промышленных и сельскохозяйственных целей, высота которых не превышает 60 метров. К спецобъектам инструкцией по устройству молниезащиты зданий и производственных сооружений относятся:

• потенциально опасные для окружающих людей и построек;
• опасные для окружающей среды;
• способные в случае удара молнией стать причиной радиационного, биологического или химического заражения – выбросов, превышающих санитарные нормы (как правило, это касается государственных предприятий);
• сооружения с высотой, превышающей 60 метровую отметку, времянки, площадки для игр, объекты в процессе строительства и другие.

Для таких объектов устанавливается уровень молниезащиты не ниже 0,9. Хозяин сооружения или заказчик стройки может самостоятельно установить для здания повышенный класс надежности.

Обычные же объекты строительства, согласно гост, имеют четыре уровня надежности защиты от прямого удара молний:

• первый (при пиковом токе молнии 200 килоАмпер), надежность – 0,98;
• второй (ток молнии 150 килоАмпер), надежность – 0,95;
• третий (ток 100 килоАмпер), надежность – 0,9;
• четвертый (ток 100 килоАмпер), надежность – 0,8.

Категории молниезащиты

Руководящие документы (рд) выделяют три основных категории молниезащиты, определяемые средним числом и длительностью гроз в той или иной местности, местоположением здания и вероятностью поражения его молниями, наличием в строении зон пожарной и взрывной опасности.

К первой категории молниезащиты рд относят объекты промышленного производства с В-2 и В-1 категориями взрывоопасности. Вторая категория полной молниезащиты присваивается зданиям, где имеется В-2а, В-1а и В-1б классы опасности взрывов, такие площади занимают не менее 30 процентов помещений. Такой же уровень защиты от ударов молний присваивается складам ГСМ, удобрений, холодильникам с аммиаком и мукомольным заводам. Согласно рд, в производственных зданиях со 2 категорией молниезащиты необходимо заземлять все корпуса электромашин, выполненные из металла. При переходах воздушных линий в кабельные необходимо ставить разрядник перемычки на каждой фазе.

Разрядник перемычки

Молниезащита 3 категории устанавливается на сооружениях, имеющих 3 и 4 степень устойчивости к горению, а также при годовой длительности грозы не менее 20 часов: детские учреждения, школы, больницы, развлекательные центры, водонапорные башни, птицефабрики и животноводческие комплексы, а также отдельно стоящие жилые здания с высотой, превышающей 30 метров.

Нормативные документы по молниезащите

В силу важности защиты зданий и сооружений от попадания молний государство регулирует требования к молниезащите выпуском нормативных документов:

• технические регламенты;
• национальные стандарты – гост (например, гост Р МЭК 62305-1-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии);
• инструкции по ведомствам и местные руководящие документы – рд (например, «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» рд 34.21.122-87);
• правила по устройству электрических установок – пуэ (в настоящее время действует редакция № 7).

Используются также международные стандарты ИСО.

Электрические разряды, накапливаемые в грозовых облаках и приносимые на поверхность земли молниями, могут нанести существенный вред зданиям, сооружениям и находящимся в них и поблизости людям и другим объектам. Для предотвращения негативных последствий применяются меры по молниезащите, в виде системы различных приспособлений и специальных мероприятий, которые минимизируют возможность электроударов, аварий и пожаров.

Видео

Автор:

Кoкушкин Сeргей Виктopoвич