Молниезащита зданий и сооружений

Положения инструкции

Согласно основным положениям инструкции молниезащита должна обеспечивать эффективное отведение грозового разряда в землю. Вследствие этого эффекта всем жилым и производственным объектам, расположенным в пределах действия молниезащиты, никакого вреда от удара молнии не причиняется.

Для различных условий эксплуатации строений, а также в зависимости от конструкции их кровли возможны различные варианты устройства молниезащиты, отличающиеся эффективностью действия всей системы в целом.

Все существующие постройки и сооружения в зависимости от опасности хранящихся в них материалов и веществ разделяются на 3 категории, которые и определяют необходимую степень их защищённости.

Для самой незащищённой категории зданий (первой) рекомендуется применение активных методов молниезащиты. Особенность их устройства заключается в искусственной ионизации воздуха и притягивании на себя опасных разрядов.

Однако активная молниезащита по причине своей высокой стоимости не пользуется особым спросом у рядового потребителя. К тому же есть мнение, что она действует не лучше пассивных систем. Молниезащита активного типа применяется лишь в случаях крайней необходимости.

https://youtube.com/watch?v=oFUXdpR5ra4

Для всех остальных категорий зданий, как правило, достаточно обустройства традиционной пассивной молниезащиты, элементы которой монтируются открытым образом или же встраиваются непосредственно в конструкции и сети. Образцы локальных встроенных средств молниезащиты будут рассмотрены в отдельном разделе.

Как защитить такое здание от молнии?

Обратимся к нормам. Сегодня в России одновременно действуют два основных нормативных документа о системах молниезащиты – CO 153-34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87. Их уточняют и дополняют технические циркуляры и ГОСТ Р-ы. Первое, что встречаем в нормативах — требование использовать там, где это возможно, естественные проводящие конструкции здания в качестве элементов молниезащиты (молниеприемники, токоотводы и заземлители). Главное, чтобы эти проводящие конструкции отвечали минимальным требованиям к элементам молниезащиты. Благо, в современном строительстве металлические конструкции применяются таких сечений, что беспокоиться об удовлетворении этого требования не стоит.

Таким образом в качестве молниеприемника можно использовать и трубостойку антенны, и выступающие над парапетами прожекторные мачты, и лестницы, возвышающиеся над покрытием кровли. Токоотводами могут являться те самые металлические колонны и металлическое покрытие сэндвич панелей достаточных сечений. Роль естественного заземляющего устройства могут выполнить металлические или железобетонные сваи фундамента. Если удастся окончательно разобраться со строительными решениями и станет ясно, что на протяжении от молниеприемников до заземляющего устройства молниезащиты есть надежная электрическая связь – поздравляем, готовый громоотвод у Вас почти выполнен. Осталось рассчитать защищенность, добавить молниеприемников там, где они необходимы, и проверить силами сертифицированной электролаборатории все электрические связи, установленные в процессе изучения строительных решений.

Активная молниезащита

Главным отличием и основным элементом системы активной молниезащиты является активный молниеприемник, представляющий собой непросто металлический стержень, а специально выполненное устройство. В остальном системы активной и пассивной молниезащиты имеют схожее строение.

Активный молниеотвод представляет приспособление со встроенным электронным устройством, способным самоактивироваться при приближении грозовых туч.

Принцип действия такого прибора основывается на создании высоковольтных импульсов вокруг головки молниеприемника под воздействием возникающих во время грозы полей статического электричества, что в свою очередь, способствует обратной ионизации окружающего воздуха, чем и вызывается эффект притягивания разрядов молнии.

Разновидности молниезащиты

Исходя из специфики функционирования и конструкции систем молниезащиты, их можно разделить на две категории:

Пассивная защита. Состоит из простого молниеприемника (металлический шпиль), токопровода и заземления. Так как молния попадает с большей вероятностью в объекты на возвышении, шпиль монтируется на крыше здания, а после попадания в него молнии просто уводит поток частиц в землю.
Активная защита от молнии — предполагает более сложную конструкцию молниеприемника, но в остальном аналогична предыдущему варианту.

Основное отличие между типами защиты заключается в том, что в первом случае расчет идет на вероятность удара в молниеприемник, в то время как во втором случае система сама провоцирует удар молнии.

Промышленные образцы специальных средств защиты

Типичным примером встраиваемых локальных средств молниезащиты могут служить промышленные устройства под фирменным обозначением «SVP-08». Их используют для защиты приёмопередающих систем от мощных грозовых разрядов.

Приборы этого класса защищают коммуникационное оборудование от сопровождающих грозовой разряд импульсных наводок и возможных перенапряжений.

Все эти задачи решаются за счёт шунтирования на землю опасных потенциалов, образующихся после удара молнии не только на жиле коаксиального кабеля, но и на его оплётке.

Так называемая «встроенная» молниезащита может быть реализована и с помощью устройств типа «RVi-PS», надёжно защищающих 10/100 Base-T Ethernet линии от воздействия статического электричества.

Приборы этого типа подключаются с обоих концов передающего кабеля, поскольку его внутренние распределённые параметры не позволяют обеспечить надёжное заземление с помощью одного устройства.

Необходимым и достаточным условием эффективности работы устройств молниезащиты является наличие качественного заземления.

При соблюдении этого условия в подавляющем большинстве случаев приборы марки «RVi-PS» позволяют уберечь линии передачи информации от воздействия статики и сэкономить значительные материальные ресурсы.

Еще одно устройство под названием «ГЗ-RS485-Т», используемое в 2-х проводных линиях типа «витая пара», обеспечивает защиту канала связи по RS 485 не только от вторичной электростатики, но и от электромагнитных перенапряжений.

Эффективность такой защиты обеспечивается надёжным шунтированием всех электростатических наводок на шину заземления и отключением канала при превышении ими заданных значений.

Рассмотренные устройства и приспособления обеспечивают полный спектр защитных мер, гарантирующих сохранность объектов во время мощного грозового разряда.

Монтажные работы

Монтаж молниезащиты начинается с установки держателей. Закрепив их в нужных местах, где саморезами, где дюбелями, приступают к установке молниеотводов. Они крепятся в держателях с помощью болтовых соединений. Молниеотвод (молниеприемник) и токопровод, если позволяет обстановка, соединяются сваркой, в противном случае применяют болтовое соединение.

Заземление

Чтобы выполнить монтаж заземлителей для молниезащиты, вокруг здания на расстоянии более 1 м вырывают траншею глубиной около 80 см. Туда закладывают металлическую полосу или стержни сечением не менее 100 мм2.

Они при помощи сварки соединяются между собой и затем в местах спусков вбиваются стержни, которые тоже привариваются к полосе. При этом небольшая часть их должна торчать из земли. К ним приваривают токоотводы. Места сварок покрывают антикоррозионной краской. Получившийся контур засыпается.

После монтажа всей системы молниезащиты проверяют сопротивление заземления. Оно должно быть минимальным, в пределах 15 Ом. После этого контур заземления молниезащиты соединяется стальной полосой с общим контуром заземления электроустановок в здании.

Если сопротивление превышает нормативное значение, то придется выполнять специальные мероприятия, такие как замена грунта вокруг заземлителя на более токопроводящую почву или добавка химических реагентов для этих же целей.

Тросовый приемник

Если конек крыши является самой высокой точкой дома, то над ним нужно натянуть грозовой трос. Получится тросовая молниезащита. Расстояние до конька должно быть не менее 25 см. Мачтами могут быть деревянные бруски, которые закрепляются на фронтоне. С каждой стороны присоединяется токоотвод. При длине конька меньше 10 м допускается монтаж одного токоотвода.

Внутренняя защита

Установка внутренней молниезащиты применяется для стабильной работы компьютеров и другой дорогостоящей электронной техники. Для этого требуется монтаж устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Это грозоразрядник, который при перенапряжениях очень быстро замыкает на себя избыточную энергию, не давая проникнуть ей на защищаемую аппаратуру.

Монтаж одного прибора происходит в главном распределительном щите, а второго – в домовом электрощитке. Третий устанавливается непосредственно около защищаемого устройства. Каждый из них при попадании молнии снижает перенапряжения многократно, доводя в конце концов до приемлемого уровня.

Активные системы

В последнее время стали популярны активные системы молниезащиты. Они представляют собой молниеприемник с электронным блоком, вырабатывающим высокое напряжение на его конце.

Вокруг происходит ионизация воздуха, что провоцирует попадание молнии именно в данный молниеотвод. Установка одной активной системы на участке обеспечивает надежную защиту от поражения молнией.

Ионизация приводит к многократному увеличению защищаемой площади. Кроме этого, активная защита не портит внешний вид дома. Она устанавливается в стороне от него, но при этом, как зонтиком закрывает весь участок от прямого попадания молнии.

Монтаж внутренней и наружной молниезащиты позволит надежно защитить дом, электрооборудование и находящихся в нем людей от ударов молнии.

Испытание и проверка

Сварочные соединения на прочность. Проводится визуально или простукиванием молотком.
Болтовые соединения и стяжки. Необходимо законтрогаить все соединения, особенно те, которые будут в земле или на крыше.
Сопротивление заземлителя. Измеряется специальным прибором — измеритель сопротивления изоляции.
Измеряются переходные сопротивления контактов и стыков измерителем сопротивления изоляции или омметром.
Измерение сопротивления растекания тока измерителем сопротивления изоляции.
Проверить на соответствие проектной документации.
Надежность закрепления молниеприемника и промежуточных фиксаторов.

Рекомендуется перед весенне-летним периодом ежегодно проводить визуальную проверку системы на наличие повреждений и обрывов после зимних обледенений и ветров.

https://youtube.com/watch?v=IQvceFLyju4

На защите от поражения электрическим током человека и безопасности жилья и электроприборов не стоит экономить средства. Лучший вариант — комплекс мер по предотвращению последствий и разрушений от попадания молний.

Пассивная защита

Приёмные элементы грозозащиты открытого типа размещаются в самой верхней точке строения и, несмотря на отсутствие 100%-ой гарантии гашения, отличаются следующими преимуществами:

эксплуатационная надёжность и достаточно простое обслуживание;
относительно низкая стоимость;
возможность самостоятельного изготовления.

Все перечисленные достоинства пассивных систем молниезащиты удаётся реализовать лишь в случае неукоснительного соблюдения условий, оговариваемых в рассмотренных выше инструкциях и ГОСТах. Содержащиеся в этих документах требования строго регламентируют порядок и правила обустройства систем молниезащиты с подробнейшим описанием отдельных элементов конструкции.

Помимо этого в них включены и требования по проектированию и непосредственному монтажу этих систем, а также подробно описываются вопросы обслуживания и ремонта.

Активная и пассивная молниезащита

Разные типы внешней молниезащиты представляют собой систему, состоящую из токопроводящих конструкций, часть которых устанавливается в верхней части объектов. Они перехватывают разряд молнии, а затем отводят в землю ее высокую энергию. Эффект от подобной защиты зависит от количества компонентов и плотности покрытия опасной зоны, от архитектурных особенностей конкретного здания. Все процессы здесь происходят естественным путем, поэтому такие стандартные системы представляют собой пассивную молниезащиту.

Как правило, она включает в себя следующие компоненты:

Молниеприемник. Притягивает к себе и принимает электростатический атмосферный разряд. Конструктивно варианты исполнения бывают в виде металлических стержней, тросов, натянутых между опорами или приемной сетки с установленным шагом ячейки. Последний вариант используется в основном на плоских крышах с большими площадями.
Токоотводы. Находятся вроде бы на второстепенных ролях, однако без них совершенно невозможно отведение высоких токов, попавших в молниеприемник. Они изготавливаются из толстой стальной проволоки, диаметром от 8 мм и более. Такое сечение обеспечивает безопасное прохождение большого потенциала в течение короткого промежутка времени.
Заземление и молниезащита. Используются в совместном виде и состоят из отдельных заземлителей или целой системы, объединяющей сразу несколько электродов в единый контур заземления. Токоотводы могут подключаться к уже действующему заземлению, но для этого в цепь потребуется подключить специальные разрядники.

Активная защита определяется ГОСТ и существенно отличается от пассивной, в первую очередь наличием в ней активного молниеприемника, представляющего собой не стержень, а специальное электронное устройство с возможностью самостоятельной активации непосредственно перед наступлением грозы. Поля статического электричества, возникающие во время грозы, воздействуют на головку приемника и способствуют возникновению импульсов высокого напряжения. Под их влиянием в окружающем воздушном пространстве создается обратная ионизация, вызывающая эффект притягивания электрических разрядов.

Монтаж активного компонента осуществляется на металлическом стержне, превышающем наиболее высокую точку здания не менее чем на 1 метр. Все остальные компоненты устанавливаются и работают практически одинаково, как и на пассивной защите.

Эксплуатация системы молниезащиты.

После установки системы молниезащиты, монтажная организация проводит проверку работоспособности системы, соединение всех элементов и заземлители. После сдачи в эксплуатацию молниезащиты, необходимо один раз в год проводить ревизию данной системы, перед началом грозового периода. Также предусмотрена проверка заземлителей.

Установка в частном доме или на даче – это задача собственника. Его безопасность и имущества. Пожары от ударов молнии происходят не так часто, как от остальных причин. Но если молния ударила в здание или сооружение, то от ее поражающих факторов не спастись, если у Вас нет молниезащиты.

Если Вы беспокоитесь за свое здоровье и имущество, то наш совет — обратиться к компетентным специалистам, чтобы рассчитать вероятность удара молнии в здание, а по результату расчета выбрать и установить устройство молниезащиты.

Особенности системы молниезащиты

Молниезащита объекта — комплекс мероприятий и устройств, которые способны защитить отдельно стоящие здания и сооружения от ударов молний.

Существует три основных фактора воздействия молнии:

непосредственное попадание молнии в крышу здания;
удар в близлежащие коммуникационные и технические объекты;
удар в землю вблизи дома либо в рядом расположенный объект с дальнейшим попаданием разряда в землю.

В первом случае прямой удар может привести к серьезным разрушениям — резкое нагнетание температуры и запекание материалов кровли, а в редких случаях — даже к возгоранию деревянных конструкций и перекрытий крыш. Главный разрушающий фактор скрыт в ударной волне, которую порождает молния.

При ударе в коммуникационные объекты или в линии электропередач создается ток грозового импульса, который попадает в жилье по электрическим проводам и трубам. Это может привести к поражению человека электрическим током, повреждению оболочек и жил кабелей, поломке оборудования и сбою в работе внутренних систем.

В третьем варианте разряд попадает в землю. При большом сопротивлении земли либо из-за других факторов напряжение может пойти через заземлитель в нулевой провод обратно в дом. В частных домах ноль заземляется в поселковых трансформаторных подстанциях. Может возникнуть случай, когда напряжение будет и на фазе, и на ноле, что также приведет к поломке приборов и техники. Но это редкий случай: как правило, ток, попадая в землю, равномерно растекается.

Требования СО 153-34.21.122-2003

Помимо вопросов, касающихся обустройства молниезащиты на государственных объектах любой формы собственности, в инструкции под данным обозначением рассматривается порядок подготовки и хранения всех сопровождающих документов.

Документация

Подготавливаемая при этом исполнительная документация должна включать в свой состав полный комплект расчётов, схем, чертежей и пояснительных записок, определяющих порядок монтажа специального оборудования в пределах защищаемой зоны.

При её подготовке должны учитываться как расположение здания на генеральном плане застройки (с учётом прокладываемых коммуникаций), так и климатические условия в данной местности.

Сдача объекта

Кроме того, этим документом устанавливается общий порядок технической приёмки комплексов молниезащиты, а также особенности сдачи их в эксплуатацию. Особо оговаривается, что для приёмки здания или сооружения назначается специальная комиссия, состоящая из представителей исполнителя и заказчика, а также инспектора пожарной службы.

По результатам изучения представленной разработчиком документации оформляются акты приёмки и допуска оборудования молниезащиты в эксплуатацию.

После этого на каждое отдельное устройство обязательно оформляются специальные рабочие паспорта (на всю систему и заземлитель), которые остаются у лица, ответственного за электрохозяйство объекта.

Проверка

В разделах инструкции, касающихся эксплуатации введённых в действие устройств молниезащиты отдельно оговаривается, что порядок их содержания и обслуживания определяется основными положениями ПУЭ. При этом с целью поддержания систем в рабочем состоянии должны проводиться ежегодные проверки всех её составляющих.

Такие освидетельствования организуются перед началом сезона гроз, а также после внесения в конструкцию молниезащиты каких-либо изменений и усовершенствований.

Особенности конструкции открытых систем

При проектировании современных устройств молниезащиты должны учитываться возможные варианты исполнения их основного элемента – приёмника грозового разряда, который может быть выполнен в виде:

одиночного штыря, закрепляемого на самой высокой точке защищаемого объекта;
металлического троса, натягиваемого вдоль конька и по скатам крыши;
сеточной конструкции, охватывающей всю защищаемую площадь кровельного покрытия.

Конструкцию молниеприёмника выбирается с учётом ряда факторов, основными из которых являются тип кровельного материала и грозовая активность в данной местности.

Так, для зданий, располагающихся в зонах с низкой грозовой активностью и имеющих покрытие из металлочерепицы или профильного настила, рекомендуется использовать приёмники штыревого типа. Его устройство наиболее простое, поэтому штыревую молниезащиту часто используют на дачах и в сельской местности.

В случае же когда защищаемое строение находится в районе с частыми грозами и закрыто шифером, в качестве молниеприёмника применяют тросовую систему защиты. И, наконец, при той же грозовой ситуации, но с покрытием, выполненным из обычной черепицы или рубероида, оптимальным считается вариант сеточной молниезащиты.

Наиболее ответственной частью системы молниезащиты является устройство заземления, обеспечивающее оптимальные условия для стекания грозового разряда в землю. Вследствие этого эффективность заземлителя в значительной степени определяется величиной его переходного сопротивления и качеством грунта в месте расположения конструкции.

Нормативная база

К перечню стандартов и регламентирующих документов, которые определяют ключевые моменты по обустройству молниезащиты, следует отнести:

ПУЭ (редакция №7) «Молниезащита зданий и сооружений»;
инструкция РД 34.21.122-87 (Госэнергонадзор);
инструкция Минэнерго под номером СО 153-34.21.122-2003;
СНиП 3.05.06-85;
ряд ГОСТов и стандартов, касающихся порядка обустройства молниеприёмников и заземлений.

Пунктами 4.2.133-4.2.142 ПУЭ определяются общие принципы организации молниезащиты электроустановок и возникших в результате этого перенапряжений.

Требования этих пунктов распространяются на РУ (распределительные устройства) и ТП (трансформаторные подстанции) открытого и закрытого типа, работающие в цепях энергоснабжения, а также на другое распределительное и станционное электрооборудование.

Инструкция РД 34.21.122-87 распространяет своё действие на порядок организации молниезащиты на проектируемых гражданских и промышленных объектах с учётом их основного функционального назначения.

Помимо этого, она относит каждое из этих строений к определённой категории, присваиваемой в зависимости от опасности попадания в них грозового разряда.

Ещё одна инструкция (под наименованием СО 153-34.21.122-2003) касается всех видов зданий и сооружений, включая и промышленные коммуникационные системы. Она определяет порядок учёта документации по молниезащите при разработке проекта, строительстве, эксплуатации и реконструкции всех указанных объектов.

И, наконец, требования ГОСТ (включая действующие в строительстве нормативы и правила) распространяются на порядок обустройства отдельных элементов систем молниезащиты. Рассмотрим каждый из перечисленных выше документов более подробно.

Поражающие факторы молнии

Для того чтобы до конца понять всю опасность ударов молнии, необходимо более подробно ознакомиться с ее поражающими факторами. Они в обязательном порядке учитываются, когда проектируется устройство молниезащиты зданий и сооружений. В момент разряда подавляющее число грозовых туч обладают отрицательной полярностью, тогда как на земле происходит индукция положительных зарядов.

В среднем, каждое облако перед началом разряда обладает следующими характеристиками:

Возле поверхности земли туча имеет напряженность электрического поля в диапазоне 5-300 кВ/м.
Потенциал составляет от 100 миллионов до 1 миллиарда вольт.
Единичный разряд тучи происходит в промежутке от 15х10-6 до 10-3 секунды, для полного разряда требуется 1,13 секунды.
Непосредственно в канале молнии образуется температура 20 тысяч градусов и более.
Величина амплитудного значения тока составляет 50 кА, в некоторых случаях – до 250 кА.

Действие электрических разрядов может быть первичным или вторичным в зависимости от поражающих факторов. Они учитываются, когда создается система молниезащиты зданий. Первичный поражающий фактор является прямым ударом молнии в конкретный объект. Основными последствиями считаются пожары и механические повреждения зданий и сооружений.

Вторичные поражающие факторы, которых существует несколько видов, проявляются в следующем:

Электростатическая индукция. На металлических конструкциях, изолированных от земли, возникают наведенные электрические потенциалы. Их появление связано со статическим полем высокой напряженности между грозовыми тучами и землей. В результате, между деталями оборудования и металлическими конструкциями наблюдается искрение.
Электромагнитная индукция. На металлических трубах, воздуховодах и других элементах большой протяженности, обладающих незамкнутыми контурами, в момент разряда происходит индуцирование ЭДС. Данное явление возникает под действием мощного магнитного поля, изменяющегося во времени. Как следствие, здесь также образуется искрение в местах максимально близкого взаимного расположения металлических конструкций.
Высокие потенциалы, которые могут попасть в здание по коммуникациям и металлическим конструкциям, находящимся вне объекта. Все это нужно учитывать при строительстве еще на стадии проектирования.

Все виды поражающих факторов вызывают те или иные негативные последствия. В первую очередь, это поражение людей электротоком, пожары, взрывы, разрушения вследствие механических повреждений. Все это приводит к значительному материальному ущербу и невосполнимым потерям.

Принцип работы

Активная молниезащита была разработана сравнительно недавно, но, по заявлениям исследователей, способна существенно повысить безопасность защищаемого объекта.

Принцип действия заключается в следующем:

По мере приближения грозового облака к объекту защиты активируются специальные конденсаторы в конструкции активного молниеприемника, в которых начинает накапливаться заряд.
После того как напряжение заряда достигает необходимых значений, производится разряд с напряжением до 200 000 вольт с последующим формированием восходящего лидера.
Так как статический заряд облака тоже достиг критического показателя, это приводит к образованию пробоя, и молния попадает в активный молниеприемник.

В результате работы такой системы происходит разрядка потенциала грозовой тучи, что практически полностью исключает вероятность повторного удара по объектам в пределах защищенной области.