Молниезащита зданий и сооружений без взрывоопасных зон. Нужна ли молниезащита? Молния и её поражающие факторы

Данная тема очень актуальна для белорусских проектировщиков. Ее я планировал написать еще около двух лет назад. За это время много чего изменилось, выходило несколько публикаций на эту тему от ведущих специалистов страны но, тем не менее, хочу выразить свое скромное мнение.

Как известно, в Республике Беларусь вместо РД 34.21.122 с 1.11.2011 введен в действие ТКП 336-2011 (Молниезащита зданий, сооружений и инженерных коммуникаций).

Как только вышел данный ТКП я начал усердно его изучать. В то время я уже начинал осознавать, что такое проектирование по-настоящему.

Сейчас у меня накопилось немало которые созданы специально под конкретные задачи проектирования. Но, в этом списке нет программы по расчету необходимости устройства молниезащиты.

На самом деле, программа у меня такая имеется вернее даже две.

Самая первая моя программа, с которой я начал создавать свои личные программы называлась: Внешний вид программы был такой:

Кстати, сверху там присутствует моя фамилия. Эту программу я сделал, когда еще не было этого блога, а ссылка стоит на мой старый блог, которым я уже давно не занимаюсь и на котором я отрабатывал навыки сайтостроения. Было 3 версии программы, где я устранял свои ошибки.

Программу можно было свободно скачать в интернете на форуме. Я один из первых, кто сделал такую программу и выложил в интернет. Сейчас ссылки на скачивание не работают, т.к. данная программа не актуальна и в некоторых случаях может выдавать не совсем верные результаты.

Дело в том, что в то время эксперты еще не требовали расчет и программа просто-напросто оказалась не нужной.

Через некоторое время для себя я сделал программу, которую назвал: Данную программу я не распространяю, даже не буду делать ее обзор, поскольку есть официальная программа от МЧС Беларуси: А выглядит она так:

Об этой программе я узнал совершенно случайно. Приношу свой расчет эксперту, а мне говорят, зачем вы все вручную считали, если есть программа, разработанная МЧС

Лично я ни разу этой программой не пользовался до сих пор, но то, что программа работает не корректно так 100%. В интернете есть хороший обзор их программы, где приводят кучу ошибок, надеюсь сейчас эти ошибки устранили.

На сайте МЧС РБ можете скачать версию программы от 08.04.2015г.

Прежде, чем приступить к расчету, нужно понимать суть расчета. Расчет делается для того, чтобы понять, какие меры нужно принять для защиты здания и людей от ударов молнии.

Самое затратное, что может появиться – устройство внешней молниезащиты. Установку ограничителей перенапряжения и систему уравнивания потенциалов я делаю практически в каждом проекте.

Изначально вы не делаете никаких мероприятий по защите от ударов молнии. После расчета, как вы определили, что ваш риск выше допустимого, начинаете добавлять различные мероприятия, тем самым снижая соответствующие коэффициенты.

Сотрудники МЧС посчитали, что достаточно расчета только R1. Я, как проектировщик, очень рад, т.к. они упростили нам расчет, но почему не нужно считать R2? Самая явная ошибка, которая бросается в глаза, так это то, что при расчете риска они суммирует все промежуточные значения от Ra до Rz. Даже в моей первой программе такого нет.

Самое главное, что экспертиза ее принимает, а подобрать нужные коэффициенты не составит труда Хотя, были случаи (не у меня), когда эксперт заставлял делать внешнюю молниезащиту, несмотря на расчет, который не требовал это делать.

Лично мое мнение.

С данным расчетом нужно поступить следующим образом:

Расчет рисков

Это не относится конкретно к программе МЧС. Смысла от всех расчетов очень мало. Все расчеты можно подгонять под нужные результаты, поскольку не все эксперты хорошо разбираются в этом расчете. Особенно это было на начальном этапе.

Самое трудное, что у меня возникло при разработке программы – расчет, связанный с экранированием кабелей и выбором соответствующих коэффициентов. Данные значения я тупо подгоняю под нужный результат, поскольку никто внутри здания не будет экранировать силовые кабели.

Хочется задать вопрос специалистам, разработчикам ТКП 336-2011: а чем вас не устроила таблица 1 в РД 34.21.122-87 (Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений)?

На мой взгляд, необходимо взять эту таблицу и переработать. Добавить больше объектов.

Например:

Школа — III класс.

Жилой дом 16 этажей – IV класс.

Одноэтажный дом – МЗ не требуется.

Вполне реально в таблице привести 100 объектов, по которым принимать решения по внешней молниезащите. Причем один объект нужно приводить в разных случаях: в городской черте, сельской местности, возможно еще в зависимости от высоты здания.

Это позволит сэкономить время и проектировщику, и проверяющему эксперту.

В следующий раз проверю, исправили ли все ошибки, которые были допущены мною в программе РМЗ v.1.03.

В данной статье можно обсудить и другие проблемы и вопросы по ТКП 336-2011.

У нас в Питере принято ставить активные молниеприемники. Весь монтаж занимает часов пять (в том числе и забивание глубинных заземлителей). Заказывали в специализированной фирме (СтройМаксимум-STMX, почитайте на сайте более подробно).
Сподвигло нас на установку профессиональной молниезащиты, то что в нашем коттеджном городке (в Приозерском районе) за два с небольшим месяца сгорело во время грозы два дома с доморощенной молниезащитой.
Как говорится береженного бог бережет.

А вообще есть любопытная статья: Статистика утверждает, что в масштабах планеты грозовые разряды ударяют во все, что стоит на земле, с интенсивностью около ста ударов в секунду! А самих гроз на планете бушует одновременно порядка 2000. Одним из результатов этого могут быть пожары (только в нашей стране 7% пожаров в жилых домах происходит от попадания молний)
Спросите своих друзей, которые недавно построили загородный дом, защитили ли они его от молнии. 90% респондентов ответят "нет". Причина - незнание возможных последствий такого легкомыслия или типичное русское "авось". Различают первичные поражающие факторы молнии - это пожар, разрушения, а также вторичные - занос наведенного потенциала, появление во внутренней сети источников потребления электростатической и электромагнитной индукции. Молния - это громадная искра, которая имеет сложную траекторию движения. Только 25-30% молний идут от облака к земле. Очень часто мы видим разряд молнии, прилетевшей откуда-то сбоку, и место ее зарождения может находиться в нескольких километрах от места попадания.Внешняя молниезащита
Молниеотвод - это устройство из трех основных элементов: молниеприемника, который принимает разряд молнии; токоотвода, который должен направить принятый разряд в землю, и заземлителя, который отдает заряд земле. Молниеприемник может иметь вид металлического штыря (стержневой), натянутого вдоль конька крыши металлического троса или металлической сетки из арматуры с шагом ячеек обычно 6-12 м. Для защиты от прямого удара молнии как можно большей площади следует устанавливать молниеприемник на такую высоту, чтобы в зону защиты (это все, что вмещается в конус, высота которого определяется высотой молниеприемника, а диаметр основания равен тройному значению высоты) попадали выбранные объекты. Довольно часто можно слышать мнение, что металлическая кровля (например, металлочерепица) позволяет не заботиться о молниезащите. Очень опасное заблуждение! Поддерживают его в основном сами продавцы металлочерепицы. Металлическая кровля может выступать в качестве молниеприемника.Впрочем, от "серьезной" молнии такая защита не спасет, поскольку расчетная толщина листов крыши должна быть не менее 4 мм (а кто такую применяет?). Листы меньшей толщины молния просто прожигает. Если на крыше есть выступающие элементы (например, металлические дымовые трубы), на них монтируются молниеприемники, выступающие над верхним краем на 0,2 м и надежно присоединенные к металлу крыши. Еще раз напоминаем вам: здания с металлической кровлей обязательно нужно оборудовать системой молниезащиты.
Помимо "механических" молниеприемников существуют "физические". Возможность искусственно создавать столб ионизированного воздуха давно подсказала использование встречного лидера молнии в качестве своеобразного молниеприемника. Первые устройства для ионизации были основаны на применении радиоактивного изотопа. При подаче напряжения к такому устройству появлялся столб ионизированного воздуха, на который и замыкался лидер от грозовой тучи. Позже эти устройства трансформировались в безопасные молниеприемники, работающие уже не от радиоактивных изотопов, а с помощью электроники (ERICO, США). Устройства оказались достаточно эффективными, есть опыт их применения в РФ. К несомненным достоинствам таких молниеприемников можно отнести прекрасную возможность сохранить архитектурный облик строения, не искажая его видимыми дополнениями. Многие из нас наблюдали, как часто молнии разряжаются вблизи различных высоких объектов, не всегда попадая именно в них. Но немногие обращают внимание на то, что вблизи высоких объектов молнии наблюдаются несколько чаще, чем в других местах. Эта закономерность объясняется тем, что "встречный лидер" с высоких объектов как бы притягивает к себе лидеров из облака не только строго над своей вершиной, но и с периферийных частей тучи. Получается, что любая мачта (например, сотовой связи) объективно притягивает в зону своего расположения большее число молний. Заземление
В любом случае - как для "внешней", так и для "внутренней" молниезащиты - очень важна роль заземления.Вернемся к нашей инструкции. Она настоятельно рекомендует заземлять молниеотводы на арматуру фундамента дома или, если это невозможно, заглублять в землю штыри-электроды (кстати, заземлять на арматуру фундамента тоже можно не всегда, здесь есть свои ограничения: если фундамент гидроизолируется составами на эпоксидной основе или если влажность грунта меньше 3%). Электроды должны заглубляться так, чтобы достигать влажных слоев почвы. Речь идет о так называемом шаговом напряжении, которое в непосредственной близи с заземляющими электродами может быть очень значительным и опасным для жизни. Во время грозы не рекомендуется находиться ближе пяти метров от заземлителя молниеотвода, чтобы не попасть под действие шагового напряжения и напряжения прикосновения.

Прямой удар молнии в здание или сооружение и разряды от электростатической индукции облаков и от электромагнитной индукции тока молнии внутри здания могут поражать в нем людей, вызывать пожары и взрывы, разрушения каменных и бетонных сооружений, расщеплять деревянные опоры воздушных линий и повреждать изоляцию. Защита от атмосферного электричества должна быть организована в соответствии с Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений.
В зависимости от наличия и класса взрывоопасных зон в данном здании требуется одна из трех категорий молниезащиты или молниезащита необязательна вообще.
Молниезащита категории I применяется для промышленных зданий со взрывоопасными зонами классов В-Ia и В-II. Все это не сельские объекты.
Молниезащита категории II используется для производственных зданий с зонами классов В-Га, B-Iб и В-IIа (при условии, что они занимают не менее 30 % объема всего здания, а если менее, то либо все здание защищают по категории III, либо часть по категории II), а также открытых установок с зонами класса В-Iг. Молниезащита этих открытых установок обязательна на всей территории, в то время как молниезащита категории II для зданий требуется только в местностях, где бывает не менее десяти грозовых часов в год. Деление территории на районы с различным числом гроз (грозовых часов) приведено в ПУЭ и в Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений. Молниезащиту категории II выполняют для аммиачных холодильников, мельниц, заводов или цехов по производству комбикормов, сенной муки, складов ТСМ с бензином, некоторых удобрений, ядохимикатов.
Для остальных производственных, жилых и общественных зданий нужно сооружать молниезащиту категории III или не сооружать вовсе в зависимости от назначения и характера здания, а иногда также и от ожидаемого числа прямых ударов молнии в это здание за год.
Это число определяют расчетом в зависимости от размеров здания и количества грозовых часов.
Независимо от числа ожидаемых прямых ударов молнии при 20 и более грозовых часов в год молниезащиту категории III сооружают в следующих случаях: для наружных установок классов II... III; для зданий степеней огнестойкости III... IV - детских садов, яслей, школ и интернатов, спальных корпусов и столовых, оздоровительных детских лагерей и домов отдыха; для больниц, клубов, кинотеатров; для вертикальных вытяжных труб котельных или промышленных предприятий, водонапорных и силосных башен при высоте более 15 м от земли. В местностях с числом грозовых часов не менее 40 в год молниезащита категории III требуется для животноводческих и птицеводческих зданий со степенями огнестойкости III...V: коровников, телятников и свинарников не менее чем на 100 голов всех возрастов и групп животных, конюшен на 40, овчарен на 500 и птичников на 1000 голов (всех возрастов); для жилых домов - только при высоте более 30 м (более пяти этажей), если они расположены дальше 400 м от общего массива.
Молниезащита категории III защищает от прямого удара молнии и от заноса высоких потенциалов в здание через воздушные электрические линии, а также через другие надземные металлические коммуникации (эстакадные трубопроводы, подвесные железные дороги).
Эти коммуникации при вводе в здание и на ближайшей опоре присоединяют к заземлителям с сопротивлением не более 30 Ом. На вводе можно использовать для этого заземлитель защиты от прямого удара молнии.
На воздушных электрических линиях напряжением до 1000 В, проходящих по открытой местности или по улице с одно-, двухэтажной застройкой (в случае, если линия не экранируется высокими деревьями или домами), заземляют изоляторные крюки или штыри фазных проводов (в том числе линии уличного освещения) и нулевой провод не реже чем через 200 м при грозах 10... 40 ч в год и не реже чем через 100 м при большем числе гроз (больше бывает, например, к западу от Москвы). Сопротивление заземлителя должно быть не более 30 Ом, его делают на опорах с ответвлениями к вводу в здание, где может быть много людей (школа, ясли, больница, клуб), или в животноводческие помещения, склады, а также на конечных опорах линий, если от них сделан ввод в любое строение. При этом предыдущее заземление должно отстоять от концевой опоры с заземлением не далее чем на 100 м при грозах 10...40 ч в год и не далее 50 м, если их больше.
При появлении грозовых перенапряжений на проводах линии изоляторы перекрываются по поверхности электрическим разрядом на заземленные крюки, а в дома проникают только сравнительно небольшие перенапряжения. Только приближение во время грозы к проводке на несколько сантиметров может представлять опасность, например при попытке включить или выключить свет, радио. А при отсутствии или неправильном выполнении грозовой защиты наблюдались случаи поражения людей на расстоянии 2 м от проводки и более.
Все сказанное выше относится как к деревянным, так и к железобетонным опорам. У тех железобетонных опор, где не требуется грозовое защитное заземление, зануляют арматуру, изоляторные крюки или штыри и светильники. В качестве заземляющего проводника используют стальную катанку диаметром не менее 6 мм, которую к крюкам присоединяют проволочным бандажом, а к нулевому проводу - зажимом. На железобетонных опорах используют арматуру опоры, к которой приваривают верхний и нижний заземляющие выпуски для присоединения заземляющих крюков и для соединения с заземлителем. Грозозащитные заземления на линии делают чаще, чем повторные заземления нулевого провода.
Для защиты от прямого удара молнии применяют стержневые или тросовые молниеотводы. Стержневой молниеотвод представляет собой вертикальный стальной стержень любого профиля, укрепленный на опоре, стоящей поблизости от защищаемого объекта, или на дереве. Расстояние от опоры до здания не нормируется, но желательно, чтобы оно было не менее 5 м. Площадь поперечного сечения стержня, называемого молниеприемником, обычно бывает не менее 100 мм2, а длина - не менее 200 мм. Его соединяют с заземлителем токоотводом из стальной катанки диаметром не менее 6 мм, но можно использовать в качестве токоот-водов металлоконструкции защищаемых зданий и сооружений со сваркой их сочленений. Это металлические фермы, колонны, направляющие лифтов, пожарные лестницы.
Для молниезащиты надо максимально использовать естественные стержневые молниеотводы: вытяжные трубы, водонапорные башни и другие высокие сооружения, расположенные поблизости от защищаемого объекта. Деревья, растущие ближе 5 м от зданий III...V степеней огнестойкости, можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания против дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземли-телю молниеотвода. Однако допускается при любой категории молниезащиты располагать молниеотводы непосредственно на защищаемом здании без каких-либо дополнительных мер. В качестве молниеприемника можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через 25 м или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной катанки диаметром 6... 8 мм с размером ячеек сетки до 12х 12 мм и узлами, соединенными сваркой, заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или металлической кровле присоединяют железные колпаки над дымовыми трубами или специально наложенное на трубу проволочное кольцо, если колпака нет.
Не требуется никаких специальных молниеприемников, если перекрытие крыши состоит из металлических ферм или из железобетона, а гидроизоляция и утеплители - негорючие (из шлаковаты и т. п.). Фермы заземляют.
Можно иметь один общий заземлитель для защиты от прямого удара молнии, от заноса грозовых перенапряжений по воздушным линиям или другим протяженным коммуникациям и от поражения электрическим током. Дымовые трубы электростанций и котельных или силосные и водонапорные башни должны иметь высоту молниеприемника над трубой не менее 1 м. Рекомендуется вместо устройства специального искусственного заземлителя использовать железобетонный фундамент трубы или башни. У железобетонных труб и башен токоотводом служит стальная арматура, а у металлических молниеприемники и токоотводы не требуются совсем.
На рис. 38 показана зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h. Она представляет собой круговой конус с вершиной на высоте h 0 ≶1 и с границей зоны на уровне земли в виде окружности радиуса r 0 . Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте h x представляет собой круг радиусом r x . Различают более узкую зону, в которой объект защищен от удара молнии с вероятностью 99,5 %, и более широкую зону, где вероятность защиты 95%. Сельские объекты, как правило, требуют более широкую защитную зону. Для нее имеют место такие соотношения: h 0 = 0,92h; r 0 = 1,5h; r x = 1,5(h-h x /0,92); h = 0,67r x + h x /0,92.

Рис. 38. Схема одиночного стержневого молниеотвода и его защитная зона

В качестве заземлителей молниеотвода, находящегося на крыше защищенного здания, можно использовать заземлители, сооруженные по соображениям электробезопасности (повторные заземления нулевого провода), а если они далеко от молниеотвода или вообще отсутствуют (при электроснабжении здания по кабелям с пластмассовыми оболочками), то можно использовать железобетонный фундамент здания, присоединяя токоотвод от молниеприемника к арматуре фундамента сваркой. От каждого молниеприемника на коньке крыши должны отходить по два токоотвода по обоим скатам крыши к своим заземлителям. Если нет железобетонного фундамента, сооружают специальный в виде двух вертикальных стержней диаметром 10...20 мм и длиной по 3 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга и соединенных под землей на глубине не менее 0,5 м стальной полосой сечением не менее 40x4 мм.
При молниеприемнике в виде заземленной металлической кровли или сетки на неметаллической кровле заземлитель делают в виде заземляющей стальной полосы 25x4 мм, проложенной на ребре вдоль здания на глубине 0,5 ...0,8 м и на расстоянии от фундамента 0,8 м. К этим полосам должны быть присоединены все металлические конструкции, оборудование и трубопроводы, расположенные внутри здания.
Чтобы люди и животные не были поражены шаговым напряжением, сосредоточенные заземлители молниезащиты всех категорий рекомендуется располагать не ближе чем в 5 м от дорог и пешеходных дорожек, от входов в здания, в редко посещаемых местах (газоны, кустарники). Токоотводы не должны проходить вблизи дверей или ворот животноводческих помещений. При вынужденном размещении заземлителей в часто посещаемых местах эти места должны быть асфальтированы. Например, при размещении заземлителя вдоль стены коровника ширина асфальтового покрытия должна быть не менее 5 м от стен.
Наружные установки класса П-III, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки паров более 61 °С, защищают от прямого удара молнии следующим образом: корпуса этих установок или отдельных емкостей при толщине металла крыши менее 4 мм защищают молниеотводом (отдельно стоящим или установленным на защищаемом сооружении), причем пространство над газоотводными трубами может не входить в зону защиты молниеотвода. Если толщина металла крыши не меньше 4 мм или независимо от толщины крыши объем отдельных емкостей составляет менее 200 м3, то их достаточно присоединить к заземлителям не реже чем через 50 м по периметру основания.
Протяженные молниеотводы (заземленные тросы из многожильного стального каната площадью поперечного сечения не менее 35 мм2) применяют для защиты от прямого удара молнии длинных зданий. Тогда за высоту тросового молниеотвода считают высоту троса над землей в месте, где он ближе всего к земле в результате провисания Нт, а стрелу провеса принимают равной 2 м при длине здания до 120 м, т. е. Нопор = Нт + 2. На уровне земли Rо = = 1,7Нт. На высоте Нх (высота стены) Rx = 1,7(Нт + Нх/0,92), а если заданы Нх и Rx (например, половина ширины здания), то можно найти Нт = 0,6 RxHx/0,92.
Небольшие строения со степенью огнестойкости III...IV, расположенные в сельской местности со средней продолжительностью гроз за год 20 ч и более, разрешается защищать от прямого удара молнии упрощенно по сравнению с III категорией молниезащиты одним из следующих способов.
1. В качестве опоры молниеотвода используется дерево, растущее на расстоянии 3... 10 м от строения, если его высота не менее чем в 2 раза превышает высоту строения с учетом выступающих над его кровлей труб и антенн. По стволу дерева прокладывается токоотвод, который должен выступать над его вершиной не менее чем на 0,2 м. У корней дерева выполняют упрощенный заземлитель в виде одиночного вертикального стержня диаметром не менее 10 мм и длиной 2...3 м или такого же горизонтального на глубине не менее 0,5 м (так же заземляют и в трех других вариантах упрощенной молниезащиты. Все соединения допускают болтовыми, а не сварными). Главное упрощение в этом варианте состоит в отсутствии проверки, все ли строение входит в зону защиты молниеотвода.
2. Если конек крыши соответствует максимальной высоте строения, над ним подвешивают тросовый молниеприемник, возвышающийся над коньком не менее чем на 0,25 м. Опорами троса могут служить деревянные планки, закрепленные на торцах крыши. При длине здания более 10 м токоотводы от обоих концов троса прокладывают по торцевым стенам или по одному скату крыши с каждого конца, а если длина здания меньше 10 м, то заземляют только один конец троса.
3. Если над коньком и другими элементами возвышается дымовая труба, на ней укрепляют стержневой молниеприемник, не менее чем на 0,2 м возвышающийся над трубой. От него достаточно одного токоотвода по одному скату крыши.
4. Металлическую кровлю заземляют в одной точке, причем к кровле присоединяют все металлические предметы, выступающие над ней, а токоотводом могут служить водосточные трубы, металлические лестницы, если в них обеспечена непрерывность электрической цепи.

Нужна ли молниезащита?

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

Молния и её поражающие факторы.

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

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

Из вышеперечисленного можно сделать выводы:

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

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

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

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

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

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

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

По разделу внешней молниезащиты:

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

По разделу внутренней молниезащиты:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4. Зона защиты четырех стержневых молниеотводов в плане

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

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

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

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

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