Защита высотных зданий от прямых ударов молний

• Содержание
• молниезащита ток заземлитель
• Введение
• 1. Термины и определения
• 2. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
• 3. Классификация воздействий токов молнии
• 4. Комплекс средств молниезащиты
• 5. Внешняя молниезащитная система
• 5.1 Молниеприемники
• 5.2 Токоотводы
• 5.3 Заземлители
• Список литературы

Размещение устройств молниезащиты и их тип выбираются на стадии проектирования нового объекта, чтобы иметь возможность максимально использовать проводящие элементы этого объекта. Это облегчает разработку и исполнение устройств молниезащиты, совмещенных с самим зданием, позволяет улучшить его эстетический вид, повысить эффективность молниезащиты, минимизировать ее стоимость и трудозатраты. При этом средства и методы молниезащиты выбираются исходя из условия обеспечения требуемой надежности.

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 нормативов.

Устройство молниезащиты — система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) 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.

Молниеприемник — часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

Токоотвод — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

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

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.

2. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты

Объекты классифицируются 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 твердых, жидких и газообразных материалов и веществ 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.

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. К таким объектам относятся: жилой дом, театр, школа, универмаг, спортивное сооружение, банк, страховая компания, коммерческий офис, больница, детский сад, промышленные предприятия, музеи и т. д.

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

К специальным объектам относятся: средства связи, электростанции, пожароопасные производства, нефтеперерабатывающие предприятия, АЗС, производства петард и фейерверков, химический завод, АЭС, биохимические фабрики и лаборатории.

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Для обычных объектов существует четыре уровня защиты, указанные в таблице 1.

Таблица 1 — Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

3. Классификация воздействий токов молнии

Для каждого уровня молниезащиты определяются предельно допустимые параметры тока молнии.

Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимаю 10% разрядов с положительными токами и 90% разрядов с отрицательными токами.

Значение расчетных параметров для принятых в таблице 1 уровней защищенности (при соотношении 10% к 90% между долями положительных и отрицательных разрядов) приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Соответствие параметров тока молнии и уровней защищенности

4. Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий и сооружений включает в себя устройства защиты от ПУМ [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 и растекаются в земле.

5. Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Их материал и сечение выбираются в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 — Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

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

5.1 Молниеприемники

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

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток). Сетка укладывается на крыше зданий под слоем гидроизоляции. Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

— электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;

— толщина металла кровли составляет не менее значения, приведенного в таблице 4, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;

Таблица 4 — толщина кровли, выполняющей функции естественного молниеприемника

— толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

— кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозийной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

— неметаллические покрытия на/или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;

б) металлические конструкции крыши (соединенная между собой стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т. п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения, приведенного в таблице 4, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

5.2 Токоотводы

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы располагаются таким образом, чтобы между точкой поражения и землей ток растекался по нескольким параллельным путям, и длина этих путей была ограничена до минимума.

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в таблице 5.

Таблица 5 — Средние расстояния между токоотводами

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания. Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

— электрическая непрерывность меду разными элементами является долговечной и соответствует требованиям;

— они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов;

— металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

5.3 Заземлители

Заземлитель молниезащиты совмещается с заземлителями электроустановок и средств связи, за исключением отдельно стоящего молниеотвода.

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона.

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.

1. «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» — Москва: Издательство МЭИ, 2004 г.