Естественные молниеприемники

Под техническим термином «молниеприемник» понимается одна из важнейших частей конструкции молниезащиты, предназначенная для непосредственного улавливания мощного грозового разряда. Согласно своему прямому функциональному назначению молниеприемник устанавливается на самой высшей точке защищаемого объекта.

Естественный тип

Естественные молниеприемники – это токопроводящие элементы строений или подсобных конструкций, высота расположения которых достаточна для того, чтобы притягивать на себя грозовой разряд. В качестве естественных молниеприемников могут использоваться следующие конструктивные составляющие различных зданий и сооружений:

• токопроводящие кровли подлежащих защите объектов (при наличии хорошей электрической связи между различными их частями и при выполнении ряда других условий);
• стальные элементы кровель (например, фермы, отдельные пролеты которых связаны посредством стальной арматуры);
• электропроводящие элементы зданий и строений (водосточные трубы, ограждения и другие составляющие конструкции), сечение которых удовлетворяет требованиям по организации молниезащиты;
• технологические трубные изделия и специальные резервуары (при условии, что они изготовлены из металла и имеют стенки толщиной не менее 2,5 миллиметров).

Надо также упомянуть о наиболее древних естественных молниеприемниках – деревьях. Высокие березы, дубы, тополя и ели могут притягивать на себя разряд молнии, однако такой молниеотвод нельзя назвать надежным.

Далее основное внимание будет уделено обзору специально оборудуемых устройств защиты от молнии (включая отдельно стоящий приемник молнии, установленный на специальном шесте).

Активный и пассивный тип

Искусственно созданные молниеприемники могут иметь два различных исполнения, отличающиеся характером взаимодействия с опасными грозовыми напряжениями. Так называемые «активные» устройства приема молнии работают по принципу ионизации воздуха, искусственно провоцируя тем самым грозовой разряд. Пассивные же образцы молниеприемников выполняются в виде типовых конструкций, улавливающих молнию при ее непосредственном ударе в защищаемый объект.

Последние в свою очередь делятся на открыто расположенные молниеприемники и на встраиваемые в защищаемый объект модули гашения опасного напряжения.
Открыто монтируемые молниеприемники – это самая распространенная группа устройств, устанавливаемых на самой высокой точке здания и притягивающих благодаря этому мощные разряды природного электричества.

Обратите внимание! Одна из разновидностей конструкций этого класса – коньковый молниеприемник, служащий для защиты оборудования, размещаемого на надстройках скатных кровель (спутниковых антенн, в частности).

Интегрированные в тот или иной объект молниеприемники выполняются в виде специальных модулей, обеспечивающих защиту коммуникационных каналов связи и передачи данных от наводок и перенапряжений.

Составные части

Пассивные молниеприемники, в зависимости от типа защищаемых кровель и климатических условий в данной местности, чаще всего изготавливаются в виде следующих элементов:

• заостренных в верхней части стальных стержней определенной длины;
• натянутых толстых проводов (тросов);
• сетчатой конструкции, закрывающей всю площадь кровли.

Стержневой (или штыревой) молниеприемник надежно крепится либо вблизи от защищаемого строения на верхушке специально обустроенной мачты, либо на трубе или коньке крыши. При этом эффективность действия такого элемента молниезащиты тем выше, чем острее заточен конец используемого в конструкции стержня. Однако слишком тонкое острие приемника может привести к его оплавлению во время действия молнии, так что при его заточке следует выбирать компромиссное решение.

Чаще всего применяемый на практике вариант обустройства такого молниеприемника приведен на рисунке, где пунктирной линией ограничена зона действия защиты. Мысленно представляемая область, на которую распространяется действие такого устройства, здесь обозначена в виде конуса с углом при вершине около 90°.

Приблизительные подсчеты параметров этого конуса можно будет получить, если предположить, что поперечный срез по периметру дома вписывается в окружность заданного радиуса. В этом случае, острие молниеприемника должно возвышаться над краем карниза кровли на высоту h, а от земли – на удалении Н = h + ho.

Таким образом, после несложных геометрических вычислений получается, что для постройки с размерами сруба 10х10 метров поперечник дома составит около 14 метров; при этом радиус зоны защиты будет равен 7-ми метрам.

При расчете аналогичных параметров системы молниезащиты с металлической пикой, закрепленной на конце отдельной мачты, необходимо исходить из тех же условий.

Как и в примере с установленным на кровле дома металлическим стержнем в этом случае защищаемое строение должно вписываться в мысленно образуемый мачтой конус.

Коньковый тип

Молниеприемники этого типа предназначаются для улавливания молниевого разряда и отведения его посредством специального токоотвода. Современные образцы таких устройств широко представлены промышленными изделиями самого различного класса, полностью соответствующими требованиям ПУЭ и инструкциям под обозначениями РД 34.21.122-87, CO 153-343.21.122-2003.

Коньковые молниеприемники могут иметь самые различные габариты, позволяющие им естественным образом вписываться в общую систему защиты каждого конкретного объекта. Они рассчитываются на целый ряд углов наклона конька крыши в пределах от 120 до 130 градусов. Общая их длина в собранном состоянии составляет около 1,4 метра; при этом высота расположения точки крепления над поверхностью кровли – порядка 22 миллиметра.

evosnab.ru

Общие сведения и понятие молниеприемника

Молниеприемная конструкция—это длинный металлический стержень, располагающийся на самой высокой точке кровли и соединяющийся с молниезащитной сеткой. Часто устройство крепят на специальную мачту. Создать подобную конструкцию не составит труда, если вникнуть в наши рекомендации, с которыми вы ознакомитесь ниже в статье.

Совет! При изготовлении и монтаже молниеприемника, важно, чтобы наконечник был тонким и острым, но при этом не подвергался воздействию атмосферных явлений.

Профессиональные монтажники заверяют, что в качестве молниеприемного механизма либо громоотвода часто используют и детали самого строения только, если соблюдаются следующие условия:

• кровля выполнена из металлических элементов и собрана в одно целое без разрывов и отверстий;
• кровельный материал состоит из деталей, которые имеют оптимальный размер, а именно способны противостоять расплавке и воспламенению. Идеальной толщиной изделия считают от 5 до 8 мм;
• отсутствует дополнительное покрытие, например, определенные виды изоляции. Как правило, многие из них очень легко поддаются горению.

Также в качестве молниеприемника используют стальные конструкции крыши такие, как соединение арматуры или фермы. Иногда применяются для основы громоотвода трубопроводы, окантовка крыши или дымоходная труба, опять же с учетом нужного размера, который предусматривается для сооружения молниезащиты в нормах и ПУЭ.

Неоднократно, в качестве молниеотвода используется высокое дерево, находящееся неподалеку от здания. Важно, чтобы высота растения была выше кровли. На макушку дерева устанавливается металлический стержень, при этом он должен быть выше крыши, рядом стоящего здания на 0, 5 м.

Важно! Обратите внимание, обустройство молниеотводного устройства должно быть выполнено так, чтобы защитная зона вокруг здания составляла в радиусе не менее 14 м.

Монтаж защитного механизма нередко проводится собственноручно, но, если конфигурация кровли имеет нестандартные элементы, например, украшения или многоуровневую конструкцию, придется позаботиться об установке дополнительных громоотводов.

Виды молниеприемных штырей

Безусловно, любой из молниеприемных штырей имеет свои свойства и характеристики. Проведем анализ всех существующих видов, их всего три.

1. Стержневой сборный молниеприемник — за основу данной конструкции взят металлический толстый прут или арматура с гладкой структурой. Устанавливается элемент на высокую точку сооружения, к нему дополнительно крепятся токоотводы.
2. Тросовый молниеприемник представляет собой натяжку между двумя мачтами на крыше. Каждый из концов троса имеет токоотвод с установленным заземлением. Контур такого типа заземляющего устройства имеет вид куриной лапы. Иногда практикуют установку замкнутого заземления, если объект, требующий защиты, находится внутри получившегося контура.
3. Молниеприемная сетка — это очередной вид молниеприемника, который располагается по площади всей крыши. При разработке такого приспособления следует руководствоваться правилами и соответствующими нормативами.

Молниезащитное устройство характеризуется наличием активного молниеприемника. Принцип работы такого громоотвода основывается на установке электронного механизма в конечной области стержня. При помощи подобного оборудования получается получить высокий импульс и предупредить удар молнии, тем самым отправив ее в землю. Оборудование этого типа не требует дополнительных источников питания, а заряжается путем получения высоковольтных импульсов.

Молниеприемник стержневой считается наиболее альтернативным вариантом для монтажа молниезащитной конструкции.

prokommunikacii.ru

Почему необходимо устанавливать громоотвод?

Всем известно, что в разряде молнии запасена колоссальная энергия и при прямом попадании последствия могут быть самыми удручающими. Однако, чаще всего, при прямом ударе молнии происходят небольшие повреждения предметов вблизи места удара или непосредственно задетых её каналом.

Недвижимость на то она и недвижимость, что бы стоять годами, а то и веками. Вы вкладываете в её постройку значительные средства и усилия в надежде, что она прослужит вам долго. И, само собой разумеется, что в ваши планы не входит в один “прекрасный” день ощутить этот весомый ущерб, который может нанести шальной разряд.

Само собой разумеется, что будет лучше, если молниезащитой вашего дома займутся профессионалы специализированной фирмы. И всё же, лучше самодельный громоотвод, чем вообще его полное отсутствие.

Устройство громоотвода

Громоотвод или внешняя молниезащитная система (технически правильно) состоит из одного или нескольких:

• молниеприёмников (1);
• токоотводов (2);
• заземлителей (3).

В случае самостоятельного изготовления молниезащиты вашего дома необходимо использовать материалы с сечениями указанными в следующей таблице:

Таблица 1. Материал и минимальные сечения элементов внешней системы молниезащиты

Материал	Сечение, мм2
	молниеприёмника	токоотвода	заземлителя
Сталь	50	50	80
Алюминий	70	25	не применяется
Медь	35	16	50

Устройство молниеприёмников

В качестве молниеприёмника можно использовать конструктивные элементы здания (кровля, трубы), либо установить стержни, тросы, сетки в произвольной комбинации. Исходя из этого принципа, молниеприёмники разделяются на естественные и специальные.

Естественные молниеприёмники

В их качестве могут использоваться следующие конструктивные элементы защищаемого объекта:

1. кровля металлическая, при выполнении следующих условий:
   1. выполнена электрическая непрерывность между частями кровли на длительный срок;
   2. толщина металла кровли составляет не менее, приведённой в таблице 2, если необходимо защитить её от сквозного прожога;
   3. если необязательно защищать кровлю от повреждений, и под ней нет горючих материалов, способных воспламениться, то толщина кровли должна быть не менее 0,5 мм;
   4. кровельный материал не должен иметь изоляционного покрытия. Допускается слой антикоррозийной краски, 1 мм пластикового покрытия, 0,5 мм асфальтового покрытия;
   5. за пределы металлической кровли не должны выступать неметаллические части, защищаемого здания.
2. Металлические конструкции и элементы (водосточные трубы, ограждения по краю крыши, украшения), если их сечение не меньше значений в таблице 1.
3. Различные технологические резервуары и трубы, если толщина их стенок не менее 2,5 мм, и сквозной прожог не приведёт к опасным последствиям.
4. Металлические трубы и резервуары с толщиной стенки, не менее, чем в таблице 2 и если повышение температуры в точке возможного удара с внутренней стороны не представляет опасности.

Таблица 2. Толщины кровли и труб для выполнения функций естественного молниеприёмника

Материал	Толщина, мм, не менее
Железо	4
Медь	5
Алюминий	7

Устройство токоотводов

При изготовлении токоотводов необходимо руководствоваться тем, чтобы ток разряда молнии растекался по нескольким параллельным путям, и длина этих путей была, по возможности, минимальной.

При расположении токоотводов устройств молниезащиты отдельно стоящих от защищаемого здания нужно руководствоваться следующими правилами:

• если молниеприёмник выполнен в форме стержней и установлен на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), то каждая опора должна быть снабжена как минимум одним токоотводом;
• если он представляет собой один или несколько отдельно стоящих горизонтальных тросов (проводов), то каждый конец троса должен быть соединён со своим токоотводом;
• в случае сетчатой конструкции, подвешенной над защищаемым сооружением, для каждой опоры должен быть как минимум один токоотвод, а их общее количество должно быть не менее двух.

В случае использования неизолированных от защищаемого объекта молниеотводов токоотводы должны быть расположены по периметру здания с шагом не менее 25 м и должны быть соединены горизонтальным поясом у поверхности земли.

Где располагать токоотводы?

Располагать токоотводы рекомендуется в следующих местах:

• равномерно по периметру здания, если возможно вблизи его углов;
• допускается закреплять на поверхности или внутри стены, если она выполнена из негорючего материала;
• в случае стен из горючих материалов и повышение температуры токоотводов представляет для них опасность, необходимо обеспечивать минимальный зазор 0,1 м между стеной и токоотводом на всей длине. В этом случае скобы, крепящие его, могут быть металлическими и могут контактировать с поверхностью защищаемого объекта;
• токоотводы должны быть расположены по прямым линиям, по возможности по кратчайшему пути подальше от окон и дверей, без петель и острых изгибов.

В качестве естественных токоотводов могут выступать:

• металлические конструкции (могут быть с изоляционным покрытием) с долговечной электрической непрерывностью и минимальными размерами согласно таблице 1.
• металлический каркас здания;
• металлическая арматура, при условии её соединения как минимум 50 % вертикальных и горизонтальных стержней (сварка, вязка проволокой, болтовое соединение);
• части, элементы, металлические конструкции фасада, если размеры соответствуют требованиям к токоотводам с толщиной не менее 0,5 мм.

Заземлители

Если не используется отдельно стоящий молниеотвод, то заземлитель молниезащиты должен быть совмещён с заземлителем электроустановок, т.е. должен представлять собой одно целое. В случае раздельных заземлителей они должны быть ОБЯЗАТЕЛЬНО объединены системой уравнивания потенциалов.

Рациональнее всего использовать следующие типы заземлителей:

• вертикальные электроды, соединённые в один или несколько контуров, в случае больших размеров здания;
• заземляющий контур в виде радиально расходящихся электродов, уложенных на дне ямы;
• заземляющие сетки.

Производить сильно заглубление заземлителей имеет смысл, если сопротивление грунта с ростом глубины значительно уменьшается. Наружный контур заземлителя рекомендуется прокладывать за пределами сооружения с отступом от стен не менее 1 м и на глубине не менее 0,5 м. Вертикальные электроды необходимо распределять наиболее равномерно.

Глубину заложения и тип электродов необходимо выбирать, чтобы колебание величины сопротивления готового заземления было минимальным, которое изменяется по сезонам из-за высыхания, либо промерзания грунта. Т.е. длина электродов должна быть такой, что бы даже в случае максимального промерзания и высыхания грунта некоторая часть (min 1/3) электродов находилась во влажных слоях грунта независимо от поры года. Эта глубина различна для разных географических мест, ориентировочно её можно определить по данным статьи «Глубина заложения фундамента»

Соединение и крепление элементов молниезащиты

Все детали должны быть надёжно закреплены, что бы исключить разрывы или ослабление контакта в результате внешних воздействий (ветер, снег). Необходимо стремиться к минимальному количеству соединений проводников. Соединять детали молниезащитной системы разрешается следующими способами:

• сварка;
• пайка;
• зажимные наконечники;
• болтовое соединение.

Более подробно с устройствами молниезащиты можно ознакомиться в документе с названием «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций».

samdomstroy.by

Естественные молниеприемники

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 величины t, приведенной в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога; толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов; кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной 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 (фермы, 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 t, приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Защита от прямых ударов молнии Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (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 (спусков) и растекаются в земле.

Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Молниеприемники могут быть выполнены из произвольной комбинации стержней; проводов (тросов) натянутых над сооружением; проводников выполненных в виде сеток. Такие молниеприемники называются искусственными. Если функции молниеприемника выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта, то они называются естественными молниеприемниками.

Молниеприемники могут быть изолированы от сооружения (отдельно стоящие молниеприемники, стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), или могут быть установлены на защищаемом сооружении и даже быть его частью.

Токоотводы это металлические проводники, которые служат для соединения молниеприемников с заземлителем.

Заземлители обеспечивают растекание токов молнии в земле. Заземлители устройств молниезащиты во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, совмещается с заземлителями электроустановок или средств связи. Если эти заземлители разделяются по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

studfiles.net

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться есте­ственными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной. 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;

-металлическая арматура железобетонных строений считается обес­печивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям: примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой); электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если метал­лические каркасы здания или стальная арматура железобетона исполь­зуются как токоотводы.

 

2.5 Типы и устройство молниеотводов

Молниеотвод — устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. В быту также употребляется некорректное, но более благозвучное «громоотвод».

Во время грозы появляются большие индуцированные заряды, и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд.

Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.

Здания и сооружения защищают от прямых ударов молнии различными по конструкции молниеотводами. Но любой из молниеотводов включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода.

В зависимости от конструкции молниеприемника различают молниеотводы:

– стержневые

– тросовые

– сетчатые

-комбинированные.

По числу совместно действующих молниеприемников их делят на:

– одиночные

– двойные

-многократные.

Лист

Кроме того, по месту расположения молниеотводы бывают:

– отдельно стоящие

– изолированные

– не изолированные

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95 %) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии.

Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые молниеотводы.

Лист

Молниеприемник стержневого молниеотвода представляет собой вертикально расположенный стальной стержень любого профиля длиной 2… 15 м и площадью поперечного сечения не менее 100 мм², укрепленный на опоре, расположенной, как правило, не ближе 5 м от защищаемого объекта. Молниеприемник соединяют с заземлителем токоотводом, выполненным из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, а в случае прокладки токоотвода в земле — не менее 10 мм. При устройстве молниеприемников непосредственно на крыше здания выполняют как минимум два токоотвода, а при ширине крыши более 12м — четыре. Если длина защищаемого объекта более 20 м, то на каждые последующие 20 м длины требуется устанавливать дополнительные токоотводы; при ширине здания до 12м – на обеих сторонах здания. Все соединения (молниеприемник – токоотвод, токоотвод -заземлитель) следует сваривать. В качестве стержневых молниеотводов необходимо максимально использовать существующие вблизи защищаемого объекта высокие сооружения: водонапорные башни, вытяжные трубы и т. п. Деревья, растущие на расстоянии не более 5 м от зданий III…V степеней огнестойкости, также можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания напротив дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземлителю молниеотвода.

Тросовые молниеотводы чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти молниеотводы изготовляют в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм². Следует отметить, что стержневые и тросовые молниеотводы обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.

В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150мм², с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводящей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков — специально наложенные на трубы проволочные кольца [4].

 

Заземлители МЗС

МЗС нужен, чтобы отвести в землю ток молнии после ее удара в молниеприемник. Но для этой цели нет нужды в специальном контуре заземления. Току молнии некуда деваться. Он безо всякого заземлителя растечется в грунте после удара молнии в поверхность земли или, например, в дерево.

Лист

Может быть при низком сопротивлении заземления молниеотвод эффективнее притягивает молнию? Теория и эксперимент дают здесь отрицательный ответ. Для притяжения молнии важен рост плазменного канала от вершины объекта, так называемого встречного лидера. Развитие лидера сопровождается током через сопротивление заземления молниеотвода и на нем теряется напряжение. Однако потеря очень мала, потому что этот ток вряд ли превышает 10 – 20 А. Даже на сопротивлении заземления Rз = 1000 Ом потеря напряжения составит 10 – 20 кВ – величина пренебрежимо малая по сравнению с потенциалом 20 – 100 кВ, который несет к земле канал молнии. Итак, рассмотренные причины отпадают. Остается одно – безопасность процесса растекания тока молнии в земле. При ударе в молниеотвод ток молнии может превысить 100 кА. Даже в случае качественного заземления молниеотвода с сопротивлением заземления Rз ~ 10 Ом речь пойдет о напряжении порядка 1000 кВ. Столь сильный подброс напряжения становится причиной больших напряжений. Прикосновения к металлоконструкциям молниеотвода, на достаточно большом расстоянии от молниеотвода возникают опасные шаговые напряжения, между зеземлителем и подземными коммуникациями (например, кабелями цепей управления) действуют высокие напряжения, достаточные для искрового пробоя грунта и ввода в эти коммуникации значительной доли тока молнии. При очень высоком напряжении возможен даже искровой пробой по воздуху на металлоконструкции объекта, которые этот молниеотвод призван защищать [2] .

 

 

Лист

3 ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ

 

 

lektsia.com

3.2.1. Молниеприемники

3.2.1.1. Общие соображения

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

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники

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 величины t, приведенной в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;

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

кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной 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 (фермы, 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 t, приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

 

Таблица 3.2

 

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции

естественного молниеприемника

 

Уровень защиты	Материал	Толщина t, мм, не менее
I-IV	Железо	4
I-IV	Медь	5
I-IV	Алюминий	7

 

3.2.2. Токоотводы

3.2.2.1. Общие соображения

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

а) ток растекался по нескольким параллельным путям;

б) длина этих путей была ограничена до минимума.

3.2.2.2. Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждую опору должен быть предусмотрен минимум один токоотвод.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждый конец троса требуется минимум по одному токоотводу.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждую ее опору требуется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов должно быть не менее двух.

3.2.2.3. Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 3.3.

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.

 

Таблица 3.3

 

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

 

Уровень защиты	Среднее расстояние, м
I	10
II	15
III	20
IV	25

 

3.2.2.4. Указания по размещению токоотводов

Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;

если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;

если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.

Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Рекомендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстояниях от дверей и окон.

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

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.

Металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если металлические каркасы здания или стальная арматура железобетона используются как токоотводы.

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1. Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения.

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; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются из условия обеспечения минимальной коррозии, а также возможно меньшей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыхания и промерзания грунта.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.2.4. Крепление и соединения элементов внешней МЗС

3.2.4.1. Крепление

Молниеприемники и токоотводы жестко закрепляются, так чтобы исключить любой разрыв или ослабление крепления проводников под действием электродинамических сил или случайных механических воздействий (например, от порыва ветра или падения снежного пласта).

3.2.4.2. Соединения

Количество соединений проводника сводится к минимальному. Соединения выполняются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление.

 

3.3. Выбор молниеотводов

 

3.3.1. Общие соображения

Выбор типа и высоты молниеотводов производится исходя из значений требуемой надежности Р_з. Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее Р_з.

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выбирается так, чтобы максимально использовались естественные молниеотводы, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна – в комбинации со специально установленными молниеотводами.

В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зонами защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта, возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции.

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом конуса на уровне земли r₀.

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

 

 

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

 

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x определяется по формуле:

(3.1)

 

Таблица 3.4

 

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

 

 

 

 

 

 

Надежность защиты Рз	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	От 0 до 100	0,85h	1,2h
	От 100 до 150	0,85h	[1,2-10-3(h-100)]h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,8h
	От 30 до 100	0,8h	[0,8-1,43×10-3(h-30)]h
	От 100 до 150	[0,8-10-3(h-100)]h	0,7h
0,999	От 0 до 30	0,7h	0,6h
	От 30 до 100	[0,7-7,14×10-4(h-30)]h	[0,6-1,43×10-3(h-30)]h
	От 100 до 150	[0,65-10-3(h-100)]h	[0,5-2×10-3(h-100)]h

 

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h₀ < h и основанием на уровне земли 2r₀ (рис. 3.2).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

 

 

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

L – расстояние между точками подвеса тросов

 

Полуширина r_х зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h_x от поверхности земли определяется выражением:

(3.2)

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в табл. 3.4. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропередачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправданным затратам.

 

Таблица 3.5

 

firenotes.ru

Полезное по теме

1. Устройство заземления электроустановок
2. Правила заземления оборудования
3. Гост на заземление
4. Можно ли использовать ноль как заземление
5. Защитное зануление и заземление
6. Заземление в щитке
7. Расчет заземления