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.
Молниезащитой называют совокупность мероприятий, направленных на снижение материального ущерба и травматизма людей от ударов молний.
Устройство молниезащиты на крыше
Опасности от удара молнии:
- полное или частичное разрушение сооружений и зданий, инженерных сетей;
- выход из строя электроприборов, находящихся в зоне поражения молнии;
- травматизм и гибель живых организмов, оказавшихся внутри или поблизости с сооружением, в которое ударила молния.
Что такое молния?
Молнии представляют большую опасность как для человека, так и для зданий и сооружений. Молнии – электрические разряды большой мощности, которые при попадании могут разрушить конструкции, вывести из строя электроприборы и линии электропередачи. При возведении качественно выполненных молниеотводов, сокращается количество травматизма и разрушений сооружений и инженерных сетей. Природа молнии такова, что по достижении нижних слоев атмосферы удар приходится на самую высокую точку в радиусе опасной зоны.
Главным условием образования грозовых облаков является быстрое изменение температуры и высокая влажность. При таких условиях в атмосфере появляются отрицательно заряженные скопления облаков. Вследствие электростатической индукции на движущееся заряженное облако в атмосфере образуются разряды. Т.е. условно оно является конденсатором, а расстояние между облаком и поверхностью земли является промежутком между пластинами. С течением времени увеличивается напряженность электрического поля, а высокие сооружения (деревья), ионизируя воздух, уменьшают удельное сопротивление и провоцируют удары молнии на землю.
Благодаря этому свойству разработаны конструкции, которые способны принять удар на себя и отвести опасный потенциал в землю без повреждений и пожаров. Нормативы для проектирования и монтажа грозозащиты: ПУЭ, инструкция РД 34.21.122-87, ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014, СНиП 3.05.06-85. Молниеотводы – обязательная мера защиты от ударов молнии, если здание расположено не в городской высотной застройке, если рядом имеется водоем и др.
Поражающие факторы молнии
- Первичный. Характеризуется тепловым и механическим воздействием. Прямое попадание молнии в здание или линию электропередачи, вследствие чего возникает вероятность возникновения пожара. Без дополнительного оснащения защититься от первичного фактора невозможно. Необходимо устройство молниезащиты.
Действие молний: расплавление металлических сооружений (толщиной менее 4 мм), частичное или полное разрушение строений из бетона, кирпича и камня (вследствие механического воздействия). Быстрый нагрев конструкций вызывает в них напряжения, провоцируя взрывы (инструкция РД 34.21.122-87).
- Вторичный. При попадании разряда в близко расположенные сооружения в электросети появляется электромагнитная индукция, способная вывести из строя электроприборы. Для защиты от вторичного фактора достаточно отсоединить от сети все электронные устройства. Данный фактор невозможен без проявления первичного влияния (инструкция РД 21.122-87).
Проявляется в виде:
- электростатической индукции, выраженной искрениями между металлическими поверхностями конструкций, электроприборов. Вызывается статическими зарядами облаков на наземные сооружения;
- электромагнитной индукции. Возникает при разряде молнии из-за изменяющегося магнитного поля. Индукция вызывает нагрев замкнутых контуров, сопровождается неопасным для оборудования и людей нагревом.
Т.к. молния – электрический заряд, движение его происходит по пути наименьшего сопротивления. Защита от ударов молнии должна эффективно отводить заряды в землю. При попадании молнии в молниеотводы, ток уходит в землю, не причиняя урон зданиям внутри и вне зоны действия защиты.
Тип молниезащиты зависит от типа здания, электроприборов, типа заземления электросети, частоты гроз в выбранном климатическом районе.
Тросовая молниезащита здания
Здания и сооружения по необходимости возведения грозозащиты разделяют на категории:
- Категория 1. В зданиях взрыво,- и пожароопасные вещества не хранятся постоянно, Происходит процесс переработки и хранение опасных веществ открыто или в неупакованных емкостях. Возникновение взрывов в таких сооружениях сопровождается значительными разрушениями и человеческими жертвами (РД).
- Категория 2. В зданиях опасные вещества хранятся в запакованных емкостях. Взрывоопасные смеси образуются только в случае производственных аварий. Взрыв сопровождается незначительными разрушениями, без человеческих жертв (РД).
- Категория 3. Прямое попадание молнии вызывает пожары, разрушения большой степени строений и инженерных сетей, поражения людей и животных. Такие здания должны иметь эффективную защиту от прямых ударов молнии (РД).
Варианты защиты
- Активная. Новый вид защиты от ударов молнии. Искусственно притягивает разряды к себе при помощи встроенного ионизатора (РД).
Активная защита от ударов молнии
Преимущества:
- 100% работоспособность;
- исключение появления вторичного фактора поражения молнией.
Недостатки:
- Стоимость.
- Пассивные молниеотводы. Особенность работы состоит в том, что попадание молнии в нее происходит не во всех случаях.
Недостатки:
- срабатывает не во всех случаях.
Преимущества:
- высокая надежность;
- низкая стоимость работ;
- возможность сооружения вручную.
Вид защиты (РД и ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014)
Внешний тип
Защищает строения от первичного фактора воздействия молнии – от разрушений и пожаров. Позволяет перехватить разряды, и отвести удар в землю.
Во время удара молнии молниеотводы принимают на себя ток и по системе отводят его в землю, где энергия полностью рассеивается.
Внешняя молниезащита строения
Требования к молниезащите – при правильном проектировании и монтаже системы обеспечивается полная безопасность снаружи и внутри здания.
Виды внешней защиты (инструкция РД 34.21.122-87):
- сетчатый молниеприемник;
- молниеприемный стержень;
- натянутый молниеприемный трос.
Тросовая конструкция для защиты от ударов молнии
Составные части грозозащиты (РД и ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014):
- Молниеотводы – сооружения, которые перехватывают разряд. Изготавливаются из металла, как правило, нержавеющей стали, меди или алюминия.
- Спуски (токоотводы) – металлические выпуски, по которым разряд отводится от молниеприемника к заземлителю.
- Заземлитель – защитное устройство заземления, состоящее из токопроводящих материалов, которые находятся в контакте с землей. Имеет наружную и подземную часть (контур заземления).
Внутренний тип
Предохраняет дома от вторичного фактора воздействия электротока. Состоит из ряда устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Целью приборов является предотвратить выход из строя бытовых электроприборов от перенапряжений в электросети, которые вызваны ударами молний.
Перенапряжения могут быть вызваны прямыми (при попадании молнии в здание или питающую линию электропередачи) и непрямыми (ударами в непосредственной близости сооружений или ЛЭП) разрядами молнии.
По типу попадания различают несколько видов перенапряжений:
- 1 тип. Вызваны прямыми ударами, представляют собой наибольшую опасность.
- 2 тип. Вызваны непрямыми ударами тока, запасенная энергия в 20 раз ниже, чем в перенапряжениях 1 типа.
Типы УЗИП по ГОСТ Р 50571.26-2002
- 1 тип. Способен выдержать токовые нагрузки полностью от полученного разряда молнии. УЗИП 1 типа рекомендованы к установке в сельской местности с воздушными линиями электропередачи в зданиях с громоотводами, в отдельно стоящих строениях, расположенных в непосредственной близости к высоким объектам.
- 2 тип. Применяется совместно с 1 типом. Аппараты не способны выдержать удары молнии. Допустимый бросок напряжения составляет 1,5..1,7кВ.
- 3 тип. УЗИП 3 типа применяется после защиты 1 и 2 ступени. Предназначены для установки у потребителя: сетевые фильтры, устройства автоматики на бытовых электроприборах (котлах и др.).
УЗИП устанавливаются совместно с автоматическими выключателями для предотвращения прогорания и возникновения пожара в электрощитке. Длительные перенапряжения могут вывести УЗИП из строя.
Вводные автоматы с номинальным рабочим током меньше 25А могут выступать в качестве защиты УЗИП (ГОСТ Р 50571.26-2002).
Подключение молниезащиты выполняется по двум схемам:
- С приоритетом безопасности. УЗИП не разрушается, молниезащита работает бесперебойно. При ударе молнии полностью отключает потребителей.
- С приоритетом бесперебойности. В этом случае отключение потребителей недопустимо, при ударе молнии отключается молниезащита.
При установке устройств следует выдерживать минимально допустимое расстояние 10м, что обеспечивает необходимую индуктивность для срабатывания автомата большей ступени.
Устройство защиты от импульсных перенапряжений 1 типа
Возможна совместная установка УЗИП 1 и 2 ступени в одном корпусе (ГОСТ Р 50571.26-2002). Для каждой системы заземления УЗИП разработаны соответствующего исполнения.
Молниеприемник стержневой
Устанавливается на крыше зданий так, чтобы конструкции была выше всех остальных точек. Для поддержания эстетики внешнего вида дома, молниеприемник следует установить на отдельно стоящей опоре (дереве).
В качестве молниеприемника (согласно ПУЭ) используют: угловую сталь 50х50, сталь круглую сечением более 25мм 2 .
В качестве громоотвода также допустимо использовать металлическую трубу диаметром 40..50 мм с заваренными с двух концов срезами.
Количество грозоотводов выбирают по расчету в зависимости от размера сооружения. Для домов площадью менее 200 м 2 достаточно одной конструкции. Для зданий площадью более 200 м 2 необходима установка двух стержней, расстояние между которыми не должно превышать 10 м. Во избежание протекания тока в дом стержень закрепляют на крыше изолирующими материалами, например, деревянными брусками и др.
Земляные работы при устройстве молниезащиты
Тросовые молниеприемники
Применяются для защиты зданий и сооружений большой длины и высоковольтных ЛЭП, т.е. для узких, длинных сооружений.
Основным элементом является металлический трос, который подвешивается по всей длине крыши. Закрепляется на деревянных опорах так, чтобы не было соприкосновений с поверхностью крыши. Со всех сторон здания сооружаются токоотводы в количестве не менее 2.
Для молниеотводов используют оцинкованный стальной канат ТК с необходимым расчетным сечением, но не менее 35 мм 2 . Проектирование молниеотводов из троса выполняется с учетом района по гололеду и требованиям ПУЭ. Зона действия этого типа молниеотвода имеет вид трехгранной призмы, верхней гранью которой будет натянутый трос на крыше зданий. Ели крыша имеет большой укос или несколько сооружений разной высоты, необходима установка стержневых молниеотводов ввиду уменьшения финансовых затрат.
В случае стержневых и тросовых молниеотводов расстояние от ближайших сооружений должно быть не менее 15 м либо установка предполагается на разных сторонах здания.
Сетчатые громоотводы
Изготавливают из стальной (алюминиевой) проволоки сечением 6мм в виде ячеек площадью не более 150 мм 2 так, чтобы сетка не имела точек соприкосновения с крышей (6..8 см от поверхности). Сетка натягивается по всей площади крыши по изолированным опорам, с суммарным размером не менее 6х6м. Токоотводы прокладываются по углам здания на каждые 25 м периметра.
В защитную площадь молниеотводов должны попадать все выступающие части сооружения. Все вентиляционные и газоотводящие трубы должны входить в зону действия грозозащиты, при условии их обязательной защиты специальными конструкциями.
Отдельно стоящие молниеотводы применяют в следующих случаях:
- необходимо защитить одной конструкцией несколько зданий;
- невозможно обустроить молниеотводы на крыше.
Металлические громоотводы применяются для защиты зданий высотой более 30 м.
Токоотводы
Задачей токоотводов является эффективное отведение заряда от молниеотвода к конструкции заземления.
В качестве токоотводов применяют стальную проволоку диаметром 6мм, металлическую ленту со стенкой не менее 2мм и шириной 30мм.
При условии, что стены не содержат токопроводящие элементы, токоотводы закрепляют вдоль стены в любом месте, при соблюдении габарита сближения с дверями и окнами. Для закрепления конструкции используют болтовое соединение и сварку.
Количество токоприемников принимают, исходя из количества молниеотводов. Для стержневых принимают равным количеству стержней, для сеточных и тросовых минимальное количество составляет не менее 2.
Заземление
Сооружается один контур с общим заземлителем электросети. Простейшей конструкцией является треугольный контур заземления. Вершины – вертикальные электроды, забитые в землю на глубину 3м. Оптимальное расстояние между вершинами составляет 3м.
Горизонтальный заземлитель (соединение вершин треугольника в единую конструкцию) закладывается на глубину не менее 0,5м. Соединение выполняется исключительно сваркой.
Монтаж молниезащиты
Для частных домов чаще всего сооружают пассивную стержневую молниезащиту.
Подготовительные работы:
- В первую очередь необходимо провести все замеры: ширина, высота дома, предполагаемый радиус защиты (для стержневых молниеприемников).
- После этого необходимо определиться с высотой молниеприемника, методом его закрепления.
- Длина токоотвода рассчитывается после определения точки установки молниеотвода. Путь от точки приема удара до заземления должен быть наикратчайшим, поэтому проектирование сложных конструкций не рекомендовано, соединения в виде кольца запрещены.
- Элемент заземления, согласно ПУЭ и СНиП, должен быть расположен на расстоянии не менее 1м от стены здания, не должен пересекать пешеходные дорожки и крыльцо.
После проведения точных расчетов длины и конструкции заземления необходимо приступать непосредственно к строительно-монтажным работам.
Устройство заземлителя:
- Для заземления используют сталь угловую 50х50 (ГОСТ 8509-93) или полосовую сталь 40х4 (ГОСТ 103-76). Также может применяться круглая сталь.
- Контур заземления выполняется в виде многоугольника, в вершины которого забиваются вертикальные электроды длиной не менее 2м. Полосовой сталью сваркой соединяют вершины треугольника в единую металлоконструкцию.
Установка молниеприемника:
- На крыше здания устанавливаются деревянные опоры, установка на которые полностью исключает контакт стержня с крышей здания.
Монтаж токоотвода:
- Последним этапом является установка токоотвода и соединение всех элементов молниезащиты. Токоотводы крепят на специальные конструкции – коньки, которые также исключают контакт с поверхностью дома.
- После завершения земляных и строительно-монтажных работ необходимо произвести замеры сопротивления молниеотвода и соответствия полученных значений расчетным.
- Для деревянных домов процесс сооружения системы молниеотвода аналогичен. Все элементы конструкции грозозащиты должны быть удалены от плоскости стены на 150мм.
Молниезащита для деревянных домов
Внутренняя защита зданий и сооружений
УЗИП обеспечивают защиту электрооборудования от импульсных перенапряжений и больших индуктивных нагрузок.
Источники импульсных перенапряжений при грозе:
- ПУМ (прямые удары молнии) в устройство грозозащиты, удары в рядом устроенные линии электропередачи;
- удары молнии вблизи объектов.
УЗИП устанавливаются в жилых и административных зданиях, объектах промышленности. Обязательным является включение УЗИП в схему электроснабжения в загородных домах, при одно,- и двухэтажной застройке местности (ГОСТ Р 50571.26-2002).
Преимущества использования УЗИП:
- надежная защита от импульсных перенапряжений;
- низкая стоимость устройств.
Принцип работы устройств основан на нелинейности вольтамперной характеристики. При значительном увеличении напряжения варистор сохраняет возможность пропускать электроток.
Приборы выходят из строя после нескольких срабатываний защиты. Необходимо проверять УЗИП после каждого рабочего цикла.
В схему перед УЗИП включают предохранители для защиты от сверхмощных токов.
В сетях до 1кВ предусматривают три ступени защиты от перенапряжений :
- УЗИП 1 ступени. Класс B. Рассчитаны на токовые броски до 100кА. Устанавливаются в подготовленных металлических шкафах в вводно-распределительном устройстве или на главном электрощите.
- УЗИП 2 ступени. Класс C. Амплитуда импульсных токов составляет 15..20кА. Применяются в зонах, полностью защищенных от прямых попаданий молний. Установка предусмотрена в распределительных щитках на вводах в здания и помещения.
- УЗИП 3 ступени. Класс D. Предназначены для защиты оборудования от остаточных токов перенапряжения. Установка предусмотрена непосредственно перед электроприборами, минимально допустимое расстояние – 5м.
Параметры выбора УЗИП по ГОСТ Р 50571.26-2002:
- номинальное напряжение сети;
- длительно допустимое рабочее напряжение защитного аппарата – наибольшее напряжение, которое может быть приложено до времени срабатывания защиты;
- ток утечки варистора;
- время срабатывания защиты;
- ток импульса;
- максимальное значение напряжения при протекании тока через УЗИП;
- классификационное напряжение;
- максимальный импульсный разрядный ток – максимальная токовая нагрузка, при прохождении которой устройство остается рабочим.
Выдержка расстояний между устройствами необходима для гарантии временной задержки и обеспечения импульса для срабатывания следующей ступени защиты:
- между УЗИП 1 и 2 степени – не менее 10м;
- между УЗИП 2 и 3 ступени – не менее 5м;
- между УЗИП 3 класса (между собой) – не менее 1м.
Каждое УЗИП должно быть присоединено к заземляющему устройству отдельным проводником.
УЗИП 3 ступени защищает приборы на расстоянии до 10 м. При необходимости защитить сеть далее, требуется установка следующего аппарата.
Для надежной защиты зданий и сооружений необходимо использовать внутреннюю и внешнюю защиту от молний. Устройства защиты от импульсных перенапряжений не будут выполнять свои функции, если отсутствуют эффективно действующие молниеотводы.
Видео про молниезащиту
Для загородных домов качественная система молниезащиты крайне важна, т.к. позволяет предотвратить разрушение домов и порчу имущества. Возведение пассивных систем молниезащиты может быть выполнено своими руками, в соответствии с требованиями ПУЭ. Активные защиты требуют высокой квалификации и не могут быть устроены без помощи специалистов.
Что такое молния, мы знаем со школьной парты. Электрический разряд мощностью 100-200 тысяч ампер уничтожает все объекты, куда она попадает. А скорее всего, молнию притягивают высокие сооружения и деревья.
Молниезащита частного дома сегодня, как никогда, актуальна. Наши жилища буквально нашпигованы электроникой, бытовой электротехникой, мобильными телефонами, что увеличивает риск воздействия молнии. Опасность молнии для частных домов, не оснащенных молниеотводами велика - пожар, разрушения в случае прямого попадания разряда. Последствиями разряда в непосредственной близости от здания может стать выход из строя электросети или отдельного прибора - телевизора, компьютера и т.п.
- Внутренняя, защищающая от разряда, не попавшего прямо в дом, а, к примеру, в линию электропередач, питающую внутреннюю разводку. В этом случае в электросети возникает перенапряжение, последствия которого могут быть плачевными. Внутреннюю защиту не видно, это небольшой прибор - ограничитель, разрядник, УЗИП, установленный в распределительном щите.
- Защита внешняя - это всем знакомый громоотвод (как чаще неправильно называют молниезащиту), установленный на крыше.
Внешняя защита частного дома от молнии
Система бывает пассивной и активной. Принцип действия первой - простой, как все гениальное. Металлический молниеприемник на крыше ловит (притягивает, перехватывает) разряд молнии и посредством токовода направляет его в землю, на заземлитель.
Активная защита от молнии
Такая молниезащита более эффективна, действует в радиусе 100 метров от «хитрого» молниеприемника, который ионизируя окружающий воздух, перехватывает разряд молнии. Дальше работает как и пассивная защита. Главным преимуществом устройства является «покрытие» молниезащитой соседних жилых домов и хозпостроек на довольно большой территории.
Типы внешней молниезащиты дома
По типу конструкции, различают модульно-штыревую, тросовую и сетчатую молниезащиту.
Штыревая
Штыревой система называется из-за молниеприемника, который устанавливается в самой высокой части крыши, и представляет собой металлический стержень (штырь). Эта конструкция подходит для молниезащиты частного дома с крышей из металлочерепицы или любого другого материала.
Тросовая
Установка такого вида защитного устройства допускается, если крыша шиферная, черепичная, но не металлическая.
Молниеприемником служит трос (толстая проволока, катанка) натянутая на высоте 0,3-0,5 м по коньку дома.
Сетчатая
Система считается наиболее сложной в плане монтажа. Выполняется она из катанки диаметром 6-8 мм, которая в виде сетки с ячейками 6х6 метров, укладывается по всей площади кровли. В местах пересечения горизонтальных и вертикальных прутьев - сваривается. К кровле крепится скобами.
Сетчатая молнезащита дома устанавливается, как и тросовая, на кровлю шиферную или черепичную.
Токоотвод
Для этого элемента системы применяется круглая сталь (медь, алюминий) диаметром не менее 6 мм. По кровле и стенам токоотвод крепится скобами. Обычно при монтаже стараются «маршрут» проложить подальше от оконных и дверных проемов, как того требуют нормативные документы, и чтобы не портить экстерьер здания.
При прокладке токопровода нужно соблюдать некоторые простые правила:
- На деревянных поверхностях токопровод должен крепиться на расстоянии 15-20см от стены;
- Если тросовый приемник большой длины, сетчатый большой площади или штыревой состоит из нескольких элементов, то и токоотводов должно быть несколько (СО 153-34.21. 122-2003)
При строительстве нового сооружения, молниезащита коттеджа или дома уже «заложена» в проектной документации. Но если загородный дом или дачный домик только что куплен и на нем нет «громоотвода», то наиболее разумным решением будет самостоятельно, или с помощью нанятых специалистов обезопасить себя и своих близких от грозовых разрядов.
Если у вас имеются навыки выполнения строительных работ, молниезащита частного дома своими руками не станет проблемным вопросом, но позволит сэкономить средства.
Контур заземления
Принцип устройства заземлителя предельно прост. Три стальных штыря-модуля длиной 1,5-2 метра, диаметром 16-20 мм с цинковым покрытием, забиваются в землю и последовательно соединяются между собой.
Такая конструкция имеет ряд преимуществ:
- Возможность монтажа на любую глубину без применения спецтехники;
- Малая трудоемкость. Работу может выполнить один человек;
- Большая глубина погружения штыря-электрода увеличивает эффективность заземления;
- Соединение элементов не требует сварки (на специальных зажимах);
- Вся система скрыта под землей.
Контур забивается в землю не ближе 1 м к фундаменту дома, и не ближе 5 м к входной двери.
Принцип действия внутренней защиты дома от молнии
Трудно представить сегодня жизнь без электронных и бытовых электрических устройств и приборов. Вся эта техника включается в электросеть, а от компьютера и телевизора еще и кабели отходят к локальной сети и спутниковой антенне.
Линии передачи данных через ресиверы, серверы, распределительные устройства, электролинии, подвержены ударам молний, влиянию электромагнитных полей. При стечении некоторых обстоятельств высокое напряжение и большой ток по кабелям движутся к низкому потенциалу, т.е. телевизору, холодильнику, компьютеру. Результатом может стать выход электроприборов из строя, возгорание, угроза жизни человеку.
Чтобы уберечь себя и свой дом, нужно внутреннее устройство молниезащиты частного дома или защиты от импульсных перенапряжений.
Действует такая защита просто - мгновенно уравнивает потенциалы между проводниками электротока. Эту задачу выполняет УЗИП - специальное устройство защиты от импульсных перенапряжений.
Установка этого прибора возможна только после устройства надежной внешней защиты. Для реализации в жизнь системы молниезащиты частного дома, разрабатывается проект, где учтены все пути захода в здание высокого напряжения.
После установки УЗИП нетоковедущие элементы подсоединяются к шине заземления, а линии, которые нельзя заземлять, соединяются с шиной через УЗИП.
Для подбора прибора УЗИП существуют правила, которые можно разделить на группы в зависимости от:
- Показателей защищаемой сети - ток, напряжение, частота, сечение проводов;
- Типа сети - электроснабжение, кабельное ТВ, телефонная линия, сигнализация и т.п.;
- Значимости защищаемого объекта - ПК, телевизор или банковский сервер.
Нужна ли молниезащита частного дома
Можно однозначно ответить - нужна! В мире еще много непознанного, тем более загадок природы. Если в городе телевизионная башня или высотное здание «защищает» от молнии множество окрестных домов, то в районе частной застройки таких сооружений, как правило, нет. Зато неподалеку от дома стоит высокая сосна, которая служит естественным «громоотводом». Но это теория, все же лучше и спокойнее себя чувствовать в безопасности в «своей крепости».
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.
