Внешняя молниезащита
Молниезащи́та (громозащи́та, грозозащи́та) — это комплекс технических решений и специальных приспособлений для обеспечения безопасности здания, а также имущества и людей находящихся в нем.
Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара.
Удары молнии приносят ежегодно огромный ущерб. Грозы от давних времен являются очаровательным природным явлением. Но нельзя забывать, что они являются значительной природной опасностью для человека и его окружения. Разница в электрическом заряде между облаками и землей приводит к тому, что в атмосфере возникают грозовые фронты, особенно часто это случается в летние месяцы – июль и август. То, что воспринимается нами как молния, на самом деле состоит из неуправляемого электрического тока, проходящего от облака к земле. При попадании молнии в здание ток нагревает не только точку попадания, но и всю его конструкцию, что значительно увеличивает вероятность возгорания. Ежегодно ущерб от попадания молнии в здания и сооружения составляет сотни миллионов рублей. Только высокопрофессиональный монтаж систем молниезащиты в соответствии со всеми техническими нормами сможет обеспечить полную надежность и безопасность.
Решение проблемы молний - это установка системы молниезащиты с учетом технических стандартов. Основной задачей системы молниезащиты является улавливание всех попадающих в здание молний. Работу этой системы можно разделить на три основных этапа: улавливание молнии в месте попадания, токоотвод в заземление, заземление рассеивает уловленные токи в земле. При этом очень важно избежать тепловых механических или электрических побочных эффектов, так как это может привести к повреждению конструкции защищаемого объекта и к возникновению опасного для людей контактного или шагового напряжения внутри здания.
Система молниезащиты состоит из:
- 1. Внешней молниезащиты:
- а). Молниеприёмника;
- б). Токоотвода;
- в). Заземления.
- 2. Внутренней молниезащиты:
- а). Системы уравнивания потенциалов;
- б). Системы устройств защиты от импульных напряжений (УЗИП).
Внешняя молниезащита отвечает за «перехват» разряда молнии и его отвод в землю. Типовой состав такой системы включает молниеприемник, который выполняет роль «перехватчика», токоотвод, отвечающий за подачу тока к заземлителю, и, непосредственно, сам заземлитесь.
Существуют следующие виды молниеприемников внешней молниезащиты:
- молниеприемный стержень.
- натянутый молниеприемный трос, трос обычно натягивают между молниеприемными стержнями;
- молниеприемная сетка;
Категория молниезащиты |
Минимальный пик тока молнии |
Максимальный пик тока молнии |
Вероятность улавливания |
I |
2,9 kA |
200 kA |
99 % |
II |
5,4 kA |
150 kA |
97 % |
III |
10,1 kA |
100 kA |
91 % |
IV |
15,7 kA |
100 kA |
84 % |
Сырье и материалы: В системах внешней молниезащиты преимущественно используется сталь горячего цинкования, нержавеющая сталь, медь и алюминий.
Коррозия: Чаще всего коррозионная опасность возникает при соединении различных материалов. Именно поэтому медные части нельзя совмещать при монтаже с оцинкованными поверхностями или алюминиевыми соединениями, в противном случае под влиянием дождя или других погодных условий частицы меди попадут на оцинкованную поверхность. Если совмещения двух неблагоприятных материалов (-) избежать нельзя, то рекомендуется использование специальных соединительных зажимов из двух металлов. Места повышенной коррозионной опасности, как ввод в бетонированный участок или грунт должны быть выполнены с применением средств антикоррозионной защиты. Соединения в грунте должны быть защищены специальным антикоррозионным напылением. Элементы из алюминия нельзя монтировать на, в или под цементной, оштукатуренной, бетонной поверхностью и землей в незащищенном виде (без необходимого расстояния).
Тестирование систем молниезащиты После акта сдачи–приемки оборудования системы молниезащиты должны регулярно тестироваться по основным функциональным характеристикам, что позволяет установить возможные недостатки и при необходимости провести технические улучшения. Тестирование включает в себя контроль технических документов, осмотр и проведение контрольных замеров на установке молниезащиты.
В приведенной ниже таблице указанны интервалы между регулярными проверками согласно DIN V VDE V 185, часть 3:2002.
Категория молниезащиты |
Интервалы между тестированиями |
Интервалы между визуальными осмотрами здания |
I |
2 года |
1 год |
II |
4 года |
2 года |
III, IV |
6 лет |
3 года |
Проверки включают в себя:
- Контроль всех отчетов и общей документации, включая контроль соответствия техническим нормам.
- Контроль общего состояния молниеприемников и токоотводов, всех соединительных элементов (на отсутствие неплотных соединений), проверка проходного сопротивления.
- Проверка заземляющего устройства и сопротивления заземления, включая соединительные и переходные элементы.
- Проверка внутренней молниезащиты, включая разрядники защиты от перенапряжения и предохранители.
- Проверка общего состояния на наличие коррозионных процессов системы молниезащиты.
- Проверка прочности закрепления линий молниезащиты и их монтажных элементов.
- Документирование всех изменений или расширений системы молниезащиты, а также изменений в конструкции здания.
Тестирования и сервисное обслуживание должны проводиться с соблюдением технических норм и правил DIN V VDE V 0185, Часть 3-
3. Особое внимание необходимо обратить на следующие аспекты: тестирования должны включать в себя проверку внутренней системы молниезащиты, контроль выравнивания потенциалов молниезащиты, подключенных молниеразрядников и разрядников защиты от перенапряжения. Ход тестирования и сервисных работ должен быть отражен в журнале или в специальном отчете, который регулярно пополняется или заменяется актуальным.
Категория тестирования |
Параметры |
Область |
все |
3x Iimp 100 kA (10/350) |
Молниеприемник |
все |
3x Iimp 50 kA (10/350) |
Несколько токоотводов для распределения тока молнии (минимальное количество: 2 шт.) |
Соединительные элементы (протестированные монтажные элементы)молниезащиты Ранее монтажные элементы устройств молниезащиты тестировались в соответствии с техническими нормами DIN 48801 DIN 48852, при этом основное внимание уделялось габаритным замерам оборудования. В августе 1999 в силу вступил новый стандарт EN 50164-1 (DIN/VDE 0185), предписывающий обязательную проверку соединительных элементов установки. В соответствии с этим после функциональной 10-дневной паузы монтажные элементы подвергались тройной нагрузке импульсным током.
Наименьшее допустимое расстояние При разработке системы молниезащиты должны учитываться все металлические части здания, электроприборы и электросоединения. Данная мера позволяет избежать опасности искрообразования между молниеприемником и токоотводом, с одной стороны, а также между металлическими частями здания и электроприборами, с другой стороны. При наличии достаточного расстояния между проводником для тока молнии и металлическими частями здания, риск искрообразования исключен. Данное расстояние получило название наименьшего допустимого расстояния s.
Монтажные элементы с прямым соединением с установкой молниезащиты Наименьшее допустимое расстояние можно не соблюдать в зданиях с переходными армированными соединениями стен и крыши или с переходными соединениями металлических фасадов и металлических крыш. Металлические элементы с расстоянием к проводнику внешней системы молниезащиты менее одного метра, не имеющие токопроводящего соединения к защищаемому зданию, должны быть соединены с установкой молниезащиты напрямую. К таким элементам относятся металлические решетки, двери, трубы (с негорючим или невзрывоопасным содержимым), элементы фасада и т. п.
Вычисление наименьшего допустимого расстояния Значение наименьшего допустимого расстояния вычисляется при помощи следующей формулы:
s = ki (kc/km)L(m)1
Определение значения коэффициента ki
ki находится в зависимости от выбранной категории молниезащиты.
Категория защиты |
ki |
I |
0,1 |
II |
0,075 |
III, IV |
0,05 |
Определение значения коэффициента kc
kc находится в зависимости от токов молнии в токоотводах
Количество токоотводов n |
Приблизительные значения kc |
Уточненные значения (точные показатели DIN V VDE V 0185-3 или IEC 62305-3) |
1 |
1 |
1 |
2 |
0,66 |
1 ... 0,5 |
4 и более |
0,44 |
0,5 ... 1/n |
Определение значения коэффициента km
km находится в зависимости от материала электрической изоляции.
Материал |
km |
Воздух |
1 |
Бетон, кирпич |
0,5 |
Определение значения L
L - является вертикальным расстоянием от точки определения наименьшего допустимого расстояния s до следующей точки выравнивания потенциалов.
Пример: В здании установлено более 4 токоотводов Категория молниезащиты III Максимальное расстояние L =10 м ki = 0,05 м km = воздух = 0,5 |
Наименьшее допустимое расстояние s = 0,5 м |
Выбор молниеприемника
Молниеприемник является составной частью внешней системы молниезащиты, ответственной за улавливание молний. Молниеприемник должен устанавливаться таким образом, чтобы оптимально защищать углы и края здания.
Метод защиты здания: Метод защиты зависит от типа защищаемого здания. Правильный выбор соответствующего метода защиты представлен ниже
Тип здания |
Метод |
Отвесная коньковая крыша |
1 Метод угла защиты – смотри практический пример 1 (представлен ниже) |
Плоская крыша |
2 Метод молниеприемной сетки – смотри практический пример 2 (представлен ниже) |
Плоская крыша с надстройками |
3 Метод молниеприемной сетки комбинируется с методом угла защиты для надстроек. |
К какой категории молниезащиты относится здание?
Перед началом планирования системы молниезащиты необходимо классифицировать здание по категориям молниезащиты. В соответствии с действующими нормами для установления категории защиты необходимо располагать подробной информацией об объекте и реальной оценкой факторов риска. При помощи таблицы 3 технической директивы Немецкого союза страховых обществ VDS 2010 можно провести классификацию здания без подробных сведений о нем и оценке риска. Например: общественное административное здание отнесено в этой таблице к категории молниезащиты III.
Практический пример №1
Метод угла молниезащиты на примере частного дома с коньковой крышей
Шаг 1: Определение высоты здания Сначала определяем высоту уступа (смотри эскиз: значение h). Эта высота является точкой отсчета при планировании всей системы молниезащиты. По коньку крыши проводится провод, образующий центральную линию токоотвода. В нашем случае высота здания составляет 9 м.
Шаг 2: Определение угла защиты a Высота здания (в нашем случае 9 м) образует горизонтальную ось диаграммы (смотри диаграмму справа). После этого мы проводим линию под прямым углом от значения нашей высоты вверх до ее пересечения с кривой соответствующей категории защиты (в нашем случае III). Соответствующая точке пересечения позиция на вертикальной оси диаграммы сообщает нам значение угла защиты a. В нашем случае он составляет 62°.
Перенесите этот угол на наше здание. Все включенные в данную зону части здания защищены (смотри эскиз ниже).
Защищённые зоны обозначены тёмным овалом.
Шаг 3: Части здания, находящиеся вне угла защиты Части здания, находящиеся вне зоны защитного угла, должны быть защищены отдельно. В нашем случае незащищенной является труба. Она имеет диаметр 70 см и поэтому должна быть снабжена молниеотводной мачтой длиной 1,50 м. (Сведения по точному расчету данной величины изложены в примере 3 «Плоская крыша с надстройками »). Чердачные окна на крыше снабжаются отдельными коньковыми проводниками.
Шаг 4: Усовершенствование молниеприемника Проведите молниеприемник вниз до токоотвода. Окончания конькового провода должны выступать над крышей и быть загнутыми к верху по длине на 0,15 м. Это необходимо для защиты выступающего козырька здания.
Результат: Идеальное устройство молниезащиты для здания с коньковой крышей.
Практический пример №2
Метод молниеприемной сетки в системе молниезащиты офисного здания с плоской крышей.
Шаг 1:
Прокладка молниеприемника – часть 1
Сначала на таких наиболее подверженных опасности поражения молнией местах, как кровля, края и углы здания проводится круглый проводник. Защитная область вычисляется следующим методом: высота здания совмещается с осью диаграммы и по пересечению с линией соответствующей категории защиты определяется угол защиты.
В нашем случае он составляет 60°, так как речь идет о категории защиты III и высота здания составляет 10 м. Угол защиты мы переносим на здание. Все входящие в данную зону элементы защищены.
Категория 2 |
Категория 3 |
|
Высота (h) молниеприемника |
Защищенная область (м) |
Защищенная область (м) |
1 |
2,9 |
3,4 |
2 |
5,8 |
6,9 |
3 |
8,7 |
10,4 |
4 |
10,4 |
12,3 |
5 |
10,7 |
13,7 |
6 |
11,2 |
14,8 |
8 |
12,8 |
16,4 |
10 |
13,7 |
18,0 |
12 |
14,3 |
19,2 |
14 |
15,0 |
19,9 |
16 |
15,4 |
21,2 |
18 |
15,1 |
21,4 |
20 |
15,0 |
22,2 |
Шаг 2: Расположение ячеек молниеприемной сетки Ширина ячеек молниеприемной сетки может варьироваться в зависимости от категории молниезащиты здания (смотри страницу 4). В нашем случае здание имеет категорию молниезащиты III. Тем самым ширина ячеек m не должна превышать 15 х 15 м. Если общая длина l, как в этом случае, составляет более 20 м, то необходимо дополнительно использовать компенсатор обусловленного температурой.
Категория молниезащиты |
Ширина ячеек (m) |
I |
5м x 5м |
II |
10м x 10м |
III |
15м x 15м |
IV |
20м x 20м |
Защита от бокового удара
В случае, если высота здания больше 60 м и в случае возникновения большого ущерба (например, электрическое или электронное оборудование) рекомендуется создание окружной проводки против боковых ударов. Круг защиты при этом, должен быть установлен, приблизительно, в 80% высоты здания. Соединенная система решетки планируется таким же способом, как на крыше в зависимости от категории молниезащиты. В случае категории молниезащиты III, допустимый размер ячеек составляет 15м х 15м.
Результат: Идеально защищенное здание с плоской крышей
Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её через тоководы на заземление, где она растекается в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в строительный объект правильно спроектированное и сооруженное молниезащитное устройство должно принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам в систему заземления, где энергия разряда должна безопасно рассеяться. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.
В общем случае внешняя молниезащита состоит из следующих элементов:
- Молниеотво́д (молниеприёмник, громоотвод) — устройство, перехватывающее разряд молнии. Выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь)
- Токоотво́ды (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
- Заземли́тель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.
Существуют следующие виды молниеприемников внешней молниезащиты:
- молниеприемный стержень.
- натянутый молниеприемный трос, трос обычно натягивают между молниеприемными стержнями;
- молниеприемная сетка;
Помимо вышеупомянутых традиционных решений (приведенных как в международном стандарте МЭК 62305.4, так и в российских нормативных документах РД 34.21.122-87 и CO 153—343.21.122-2003) с середины 2000х годов получает распространение молниезащита с системой ранней стримерной эмиссии, также именуемая активной молниезащитой. Применение данной системы нормируется несколькими стандартами, в первую очередь французским NFC 17-102.