Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений

Расчет зоны молниезащиты одиночного стержневого молниеотвода

Номограмма для определения параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Тросовый молниеотвод может рассматриваться как двойной только при условии, если отношение (L/h) Расчет молниеотвода

Электрическое сопротивление заземляющего устройства предусматривается в проекте согласно требованиям Правил устройства электроустановок.

Такой контур заземления устанавливается в свободной от застройки зоне участка. Заземлению подлежат:

• бытовые электрические приборы единичной мощностью свыше 1,3 кВт;
• металлические корпуса ванн и душевых поддонов (они должны быть соединены металлическими проводниками с трубами водопровода);
• металлические корпуса сетильников, встраиваемых или устанавливаемых в подвесные потолки, выполненные с применением металла;
• металлические корпуса бытовых кондиционеров воздуха.

Заземлители устанавливаются до начала электромонтажных работ. Соединение арматуры фундаментов с арматурой стен должна выполнять строительная организация. Заземлители присоединяются к трубопроводам с помощью сварки либо хомута. Если невозможно использовать естественные заземлители, применяются заземлители искусственные. К ним относятся заземляющий контур, который создаётся как для заземления жлектроприборов, так и для молниезащиты.

Молниезащита — это система устройств, обеспечивающая безопасность здания при электрических разрядах в атмосфере. Её основная задача — изменение траектории разрядов молнии и гашение её энергии. Молниезащита включает:

• молниеприемник — устройство, принимающее разряд молнии;
• токоотвод — элементы распределения электрического разряда;
• заземлитель — устройство гашения электрического разряда.

Существует несколько схем молниезащиты. Схема на основе стержневого молниеотвода включает металлический стержень, соединенный кабелями с заземлителем. Молниеотвод на основе «пространственной сетки» устанавливается на крыше дома. Он распределяет и гасит разряд в случае прямого попадания. Схема на основе натяжных систем аналогична схеме стержневого молниеотвода, но при этом проводники натянуты по периметру защищаемой зоны.

Все вышеуказанные конструкции изготавливаются из стальных стержней, канатов или стальных сеток (диаметром не менее 6 мм). Элементы в узлах соединяются сваркой. Наиболее распространена конструкция стержневых молниеотводов поскольку они наиболее просты в изготовлении и обеспечиваются надежность системы.

Молниеотводы на основе натяжных систем используют при устройстве кровель сложной формы. Пространственая сетка требует большего расхода материалов и сложнее в установке. Такой вид молниеотвода целесообразен, если крыша дома выше остальных объектов, находящихся в радиусе 50 м.

Тип молниеотвода (одиночный, двойной и многократный стержневой, одиночный и двойной тросовый) выбирают в зависимости от конструкции зданий и сооружений, их размеров, формы и взаимного расположения.

Рис. 29.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150м

Зона защиты молниеотвода представляет собой часть пространства, примыкающего к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Различают зоны защиты двух типов: А — со степенью надежности 99,5 % и выше; Б — со степенью надежности 95 % и выше. Для объектов сельскохозяйственного назначения, как правило, требуется зона Б.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h≤ 150м (рис.

Нужен ли громоотвод на крыше частного дома?

С точки зрения безопасности, громоотвод нужен всегда — даже если вероятность попадания молнии мизерная, молниезащита и заземление снизят ее еще больше. То есть хуже точно не будет. Вот только цена молниеотвода с монтажом начинается от 30 000 рублей, и далеко не каждый готов потратить эти деньги на снижение вероятности удара молнии на тысячные доли процента. Поэтому обычно отдельно говорят о ситуациях, в которых устройство молниезащиты обязательно, а отдельно — о случаях, когда установка громоотвода — всего лишь рекомендация.

Молниезащита кровли обязательно нужна:

• когда дом находится в коттеджном поселке, деревне, городском частном секторе или стоит обособлено и вблизи нет высотных зданий;
• при перекрытии кровли любыми видами металлических покрытий, включая профнастил и металлочерепицу;
• когда дом построен на возвышенности или под ним есть грунтовые воды неглубокого залегания;
• если в здании много работающей электроники или установлено мощное оборудование.

При выполнении любого из этих условий необходимость монтажа молниезащиты — не вопрос для обсуждений, поскольку риск довольно велик. И он тем выше, чем южнее построен дом: в южных регионах грозы бывают значительно чаще, чем в северных, следовательно, и вероятность попадания молнии в дом возрастает. На карте ниже хорошо видно, как количество дней с грозами при движении на юг увеличивается с несколькими очагами возле горных хребтов.

Конечно, заставить вас установить громоотвод на доме никто не может — это могут официально требовать только для общественных, многоквартирных, коммерческих и производственных зданий. Если речь идет о частном доме, молниезащиту оставляют на усмотрение владельца. Но не сделать громоотвод в частном доме в такой ситуации все равно, что не обработать огнезащитой деревянный брус для каркасного дома и сделать в нем закрытую проводку.

Совсем другое дело, когда ваш дом:

1. Находится в непосредственной близости от господствующей высоты: вышки сотовой связи, водонапорной башни, высотных зданий. Но учитывайте, что непосредственная близость — это не километр и даже не 500 метров. Это когда самая дальняя точка дома расположена не более чем в 1,2×h от высотного объекта, где h — его высота. То есть при высоте базовой станции в 100 м, каждый уголок вашего дома должен попадать в конус с вершиной в самой высокой точке вышки и с основанием радиусом 120 м.
2. Построен в лесу с высокими деревьями. Радиуса защиты от одного дерева, если это не секвойя, не хватит, чтобы перекрыть весь дом, но деревьев в лесу очень много. Иногда для лучшей защиты на вершину самого высокого дерева вблизи дома крепят громоотвод.
3. Расположен в районе, где грозы бывают редко. Если в числах, то это районы со средней за год продолжительностью гроз до 20 часов. На карте выше это красная и розовая зона.

Во всех этих ситуациях риск попадания молнии очень незначителен, поэтому многие владельцы домов не делают молниезащиту, полагаясь на случай. С одной стороны, вероятность действительно низкая. С другой стороны, потери, если «что-то пойдет не так» будут очень велики: даже если дом не загорится, то вся электроника, включая блоки управления котлов отопления, в нем точно сгорит. Насколько такая экономия оправдана, каждый владелец дома решает для себя сам.

Молния непредсказуема, пусть и редко, но она может ударить в здание, защищенное господствующей высотой.

Поражающие факторы молнии

Для того чтобы до конца понять всю опасность ударов молнии, необходимо более подробно ознакомиться с ее поражающими факторами. Они в обязательном порядке учитываются, когда проектируется устройство молниезащиты зданий и сооружений. В момент разряда подавляющее число грозовых туч обладают отрицательной полярностью, тогда как на земле происходит индукция положительных зарядов.

В среднем, каждое облако перед началом разряда обладает следующими характеристиками:

• Возле поверхности земли туча имеет напряженность электрического поля в диапазоне 5-300 кВ/м.
• Потенциал составляет от 100 миллионов до 1 миллиарда вольт.
• Единичный разряд тучи происходит в промежутке от 15х10-6 до 10-3 секунды, для полного разряда требуется 1,13 секунды.
• Непосредственно в канале молнии образуется температура 20 тысяч градусов и более.
• Величина амплитудного значения тока составляет 50 кА, в некоторых случаях – до 250 кА.

Действие электрических разрядов может быть первичным или вторичным в зависимости от поражающих факторов. Они учитываются, когда создается система молниезащиты зданий. Первичный поражающий фактор является прямым ударом молнии в конкретный объект. Основными последствиями считаются пожары и механические повреждения зданий и сооружений.

Вторичные поражающие факторы, которых существует несколько видов, проявляются в следующем:

• Электростатическая индукция. На металлических конструкциях, изолированных от земли, возникают наведенные электрические потенциалы. Их появление связано со статическим полем высокой напряженности между грозовыми тучами и землей. В результате, между деталями оборудования и металлическими конструкциями наблюдается искрение.
• Электромагнитная индукция. На металлических трубах, воздуховодах и других элементах большой протяженности, обладающих незамкнутыми контурами, в момент разряда происходит индуцирование ЭДС. Данное явление возникает под действием мощного магнитного поля, изменяющегося во времени. Как следствие, здесь также образуется искрение в местах максимально близкого взаимного расположения металлических конструкций.
• Высокие потенциалы, которые могут попасть в здание по коммуникациям и металлическим конструкциям, находящимся вне объекта. Все это нужно учитывать при строительстве еще на стадии проектирования.

Все виды поражающих факторов вызывают те или иные негативные последствия. В первую очередь, это поражение людей электротоком, пожары, взрывы, разрушения вследствие механических повреждений. Все это приводит к значительному материальному ущербу и невосполнимым потерям.

5.1. Зона защиты стержневых молниеотводов

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 16 и 17) представляет собой в вертикальном сечении конус с образующей в виде ломаной линии. Построение зоны защиты для молниеотвода высотой h hx для попарно взятых молниеотводов по диагоналям многоугольника, образованного единичными молниеотводами;
для зданий и сооружений III категории допускается D 5.3. Зона защиты тросовых молниеотводов

Конфигурация зоны защиты одиночного тросового молниеотвода показана на рис. 19. Рис. 19. Зона защиты тросового молниеотвода: 1 — тяжение троса в точке закрепления; 2 — положение троса в середине пролета (с учетом стрелы провеса) Расчет параметров зоны, м, производится по формулам:При этом полная ширина зоны защиты (по аналогии со стержневыми молниеотводами именуемая радиусом защиты) при hx = 0 определяется из выражения: =2,5 hmp, где hmp — высота троса (с учетом его стрелы провеса) над защищаемым объектом, м. На рис. 20. приведена номограмма, по которой в зависимости от заданных величин h, hx можно легко найти искомое значение гх. При расчетах тросовых молниеприемников необходимо учитывать отклонение троса под воздействием ветрового напора. Параметры зоны защиты двойного тросового молниеотвода определяются так же, как в одиночном тросовом молниеотводе. Область зоны в любом сечении между двумя параллельными тросами ограничивается дугой окружности, проходящей через тросы и точку, расположенную между ними на расстоянии L/2 на высоте h0 от поверхности земли.Рис. 20. Номограмма для определения радиуса защиты одиночного тросового молниеотвода

Величина h0, м, определяется по формуле:При разных высотах тросовых молниеотводов величина h0, м, вычисляется по формуле: К = КР

bф/4, где hmp — высота меньшего молниеотвода, м; bф — расстояние между меньшим и фиктивным молниеотводами, м. Радиус дуги окружности, ограничивающий верхнюю часть зоны, равен: R = 3h- h0.При известных значениях h0 и L высота молниеотвода, м, может быть определена по формуле:Рис. 21.

Активная и пассивная молниезащита

Разные типы внешней молниезащиты представляют собой систему, состоящую из токопроводящих конструкций, часть которых устанавливается в верхней части объектов. Они перехватывают разряд молнии, а затем отводят в землю ее высокую энергию. Эффект от подобной защиты зависит от количества компонентов и плотности покрытия опасной зоны, от архитектурных особенностей конкретного здания. Все процессы здесь происходят естественным путем, поэтому такие стандартные системы представляют собой пассивную молниезащиту.

Как правило, она включает в себя следующие компоненты:

• Молниеприемник. Притягивает к себе и принимает электростатический атмосферный разряд. Конструктивно варианты исполнения бывают в виде металлических стержней, тросов, натянутых между опорами или приемной сетки с установленным шагом ячейки. Последний вариант используется в основном на плоских крышах с большими площадями.
• Токоотводы. Находятся вроде бы на второстепенных ролях, однако без них совершенно невозможно отведение высоких токов, попавших в молниеприемник. Они изготавливаются из толстой стальной проволоки, диаметром от 8 мм и более. Такое сечение обеспечивает безопасное прохождение большого потенциала в течение короткого промежутка времени.
• Заземление и молниезащита. Используются в совместном виде и состоят из отдельных заземлителей или целой системы, объединяющей сразу несколько электродов в единый контур заземления. Токоотводы могут подключаться к уже действующему заземлению, но для этого в цепь потребуется подключить специальные разрядники.

Активная защита определяется ГОСТ и существенно отличается от пассивной, в первую очередь наличием в ней активного молниеприемника, представляющего собой не стержень, а специальное электронное устройство с возможностью самостоятельной активации непосредственно перед наступлением грозы. Поля статического электричества, возникающие во время грозы, воздействуют на головку приемника и способствуют возникновению импульсов высокого напряжения. Под их влиянием в окружающем воздушном пространстве создается обратная ионизация, вызывающая эффект притягивания электрических разрядов.

Монтаж активного компонента осуществляется на металлическом стержне, превышающем наиболее высокую точку здания не менее чем на 1 метр. Все остальные компоненты устанавливаются и работают практически одинаково, как и на пассивной защите.

Особенности устройства

Как и у любой системы, у активной молниезащиты можно выделить ряд особенностей. В числе характерных преимуществ:

1. Большая зона охвата. Монтаж активной молниезащиты позволяет защитить большую территорию по сравнению с аналогом, функционирующим по пассивному принципу. Дело в том, что, несмотря на присутствие молниеприемника (пассивного) на крыше, молния может ударить, например, в расположенный во дворе столб линии электропередач или иной возвышающийся объект. Подобное исключается в случае использования активного молниеприемника, так как элемент сам провоцирует разряд.
2. Компактность. Несмотря на усложненное устройство активного приемника молний, его габариты остаются достаточно компактными, что не только упрощает процесс установки системы и снижает нагрузку на несущие конструкции, но и практически не привлекает внимания. Это позволяет устанавливать систему на любых строениях, вне зависимости от их архитектурного стиля.
3. Эффективность. Активный молниеотвод обеспечивает более высокий уровень защиты не только строения, но и близлежащих территорий.

Важным преимуществом выступает и полная автономность системы. Активный молниеприемник не требует подключения к электросети, поэтому может использоваться для защиты локально расположенных объектов вроде газовых подстанций.

Что касается недостатков системы, здесь выделяют лишь сравнительно высокую цену оборудования и то, что некоторые ученые не подтверждают существенного повышения уровня защиты объекта от использования системы. К слову, первое частично компенсируется за счет того, что в силу большего охвата территории для защиты крупных объектов и территорий потребуется меньшее количество приемников, чем в случае с пассивными аналогами.

Устройство заземления молниезащиты

Заземляющие контуры располагаются на расстоянии не менее 1 метра от самого объекта, дорожек и прочих мест частого появления людей. Данное требование позволяет избежать шагового напряжения, возникающего в процессе растекания заряда по грунту.

При наличии у объекта массивного железобетонного фундамента, заземление должно располагаться еще дальше, а внутри здания устанавливаются грозоразрядники, защищающие электронную аппаратуру. Это требование обязательно для выполнения, поскольку часть заряда молнии попадает на фундамент и другие элементы, контактирующие с ним – инженерные сети, корпуса оборудования.

Основным показателем заземления является его сопротивление. Если используются два отдельных контура, они соединяются между собой стальными проводниками при помощи сварки. Показатель сопротивления контура должен быть минимальным, чтобы ток мог легко уходить в землю. Если удельное сопротивление грунта 500 Ом, то нормативное сопротивление заземлителя составит 10 Ом. При более высоких сопротивлениях грунта для вычислений применяется формула: Rз = 10 + 0,0022 (ρ – 500) Ом, где Rз – сопротивление заземлителя, ρ – показатель удельного сопротивления грунта.

Нормативные значения можно получить путем замены грунта. Старый грунт убирается, а в яму или траншею закладывается земля с другими параметрами и характеристиками. После этого в обновленном грунте выполняется монтаж заземления. В другом случае в грунт добавляются химические реагенты, способные изменить его показатели в нужную сторону.

После того как заземление установлено, в дальнейшем проводятся регулярные замеры его сопротивления. Если его показатели выходят за пределы нормативного диапазона, следует выполнить установку дополнительного штыря или заменить несоответствующий элемент

Особое внимание обращается на соединения между всеми компонентами заземляющего устройства

Процесс монтажа

Как только все необходимые данные получены, можно приобретать все части для громоотвода и начинать его сооружение. Необходимо внимательно осмотреть крышу и выбрать на ней наивысшую точку. Если речь идет о плоской кровле, то ей может послужить крыша домика, который предназначен для выхода на крышу. В этой точке фиксируется молниеприемник. В его роли может выступать обычный металлический штырь или отрезок медной арматуры. Сечение выводится по калькулятору. Высоты мачты должно быть достаточно, чтобы молния не могла попасть в другие элементы крыши. При необходимости мачта громоотвода фиксируется на растяжках, чтобы ее не снесло ветром и разрядом молнии.

Совет! Между кровлей и штоком мачты должна быть прокладка из диэлектрика, которая не даст разряду молнии пойти дальше.

В качестве мачты может быть использована не металлическая труба, а деревянный брус. Именно на него необходимо закрепить молниеприемник. К последнему осуществляется подвод промежуточного звена громоотвода, который должен состоять из медной проволоки большого диаметра. Кабель громоотвод должен быть кратчайшим путем спущен к земле. При этом отличным решением будет в качестве короба использовать систему сбора дождевой воды. в этом случае можно будет не переживать, что кабель будет сорван ветром.

Рядом с домом, в точке, куда будет опущен кабель, необходимо выкопать приямок. Его глубина должна быть не больше 80 см. При этом его расположение подбирается в четырех или трех метрах от дома. Лучше выбрать такое место, где редко ходят люди и не ставят автомобили. После этого в землю забиваются металлические штыри в виде вершин треугольника. Они должны быть соединены между собой посредством металлической планки или уголка, которые привариваются сверху. Длина прута должна составлять минимум два метра, а расстояние между ними высчитывается на калькуляторе. Толщина арматуры для громоотвода должна быть не меньше 12 мм. Провод, идущий от молниеприемника, соединяется с заземлением. Далее приямок можно закопать. Видео с процессом установки громоотвода есть ниже.

Установка токоотводов молниезащиты

Любая молниезащита не будет нормально работать при отсутствии токоотводов и их правильного размещения относительно друг друга. Именно по ним электрический ток уходит от приемника и, попадая в заземлитель, растекается в грунте. Существуют нормативные документы, определяющие количество и материал токоотводов, их оптимальное сечение и расстояния между линиями. Все эти данные используются при составлении проектов молниезащиты.

Установленный токоотвод должен обеспечивать следующие требования:

• После удара молнии течение тока к земле должно происходить несколькими путями, расположенными параллельно.
• Движение тока осуществляется по кратчайшему пути. Токоотвод устанавливается в прямом вертикальном положении, исключая любые петли и резкие повороты.
• Расстояния от токоотводов до окон и дверей должны обеспечивать требуемый уровень безопасности.

Количество токоведущих линий определяется прежде всего размерами здания и типом его кровли. Если периметр объекта составляет менее 20 метров, то вполне достаточно одного токоотвода. При использовании нескольких элементов, они распределяются равномерно по всему периметру, начиная от любого угла.

Простейшая грозозащита состоит из двух токоотводов, расположенных параллельно и равномерно отводящих большие токи к земле. Они прокладываются по прямой, без изгибов и острых углов, чтобы исключить искрение, представляющее серьезную опасность. Общая численность линий рассчитывается для каждого конкретного случая, минимальное расстояние составляет 10 м. Расстояние от окон и дверей должно быть не менее 50 см.

Если монтаж молниезащиты, в частности, токоотводов выполняется непосредственно по стенам, в этом случае необходимо соблюдать установленные правила и рекомендации специалистов:

• Огнестойкий материал стен позволяет крепить проводники к их поверхностям или прокладывать изнутри.
• Если же стены неустойчивы к высоким температурам, токоотводы закрепляются на поверхности с соблюдением установленных зазоров и других мер безопасности.
• Прокладка по горючим материалам стен выполняется на расстоянии свыше 100 мм от поверхности. Допускается лишь контакт металлических креплений со стеной.
• Нельзя использовать водостоки под прокладку токоотводов.
• Непосредственно перед землей все линии соединяются между собой по горизонтали при помощи специальных поясов. По высоте такие соединения выполняются через каждые 20 метров.

Методика расчета молниезащиты

Охватить тему в полной мере невозможно, так как в зависимости от выбранного молниеотвода используются различные системы расчета.

Лишь в качестве примера мы вам расскажем, как происходит расчет стержневого молниеотвода одиночного. Стоит заметить, что зона его безопасности имеет форму конуса. Соответственно, здесь основными будут два параметра – высота этого конуса и его радиус на земле.

h0=0,85h

r0=(1,1-2*10-3h)h

rх=(1,1-2*10-3h)(h-1,2hх)

Где:

h0 – высота конуса;

r0 – радиус конуса;

hх – горизонтальное сечение на высоте здания и его радиус ;

rх – высота здания.

Наконец, в заключении хочется добавить, что в интернете сейчас возможно найти специальные программы, которые способны самостоятельно рассчитать все необходимые параметры. Для удобства использования существует возможность создания файла DXF, для последующей работы в программах CAD.

Обратите внимание, что если вы сомневаетесь в собственных силах, и никогда раньше не имели дела с подобными расчетами, вам лучше перепоручить это дело профессионалам. Ведь ошибка в этом случае может стоить слишком дорого

Потому и экономия в данном случае неуместна.

Защита от заноса высоких потенциалов

Опасность возникновения таких потенциалов существует на линиях электропередач в результате попадания в них молнии, либо вследствие возникновения электромагнитной индукции в непосредственной от них близости.

Проникая в дома, они могут стать причиной не только выхода из строя различных электробытовых приборов, но и представляют реальную угрозу для жизни человека. Чтобы предотвратить такую возможность обычно оборудуют заземление крюков на стенах и опорах.

При этом импульсное сопротивление не должно превышать по возможности 20 Ом. Самым лучшим вариантом является установка дополнительного заземления на ближайшей опоре к дому. Таким образом, здание можно сделать совершенно безвредным.