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;

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 = k_i (k_c/k_m)L(m)¹

Определение значения коэффициента k_i

k_i находится в зависимости от выбранной категории молниезащиты.

Категория защиты	ki
I	0,1
II	0,075
III, IV	0,05

Определение значения коэффициента k_c

k_c 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 k_m

k_m 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