Молниезащита инженерных сооружений. Этапы развития молниезащиты

Содержание:

Введение                                                                                                       2

1. Термины и определения                                                                    3
2. Комплекс средств молниезащиты                                                    5
3. Внешняя молниезащита                                                                    6

3.1.Молниеприемники                                                                            6

3.2.Токоотводы                                                                                        9

3.3.Заземление                                                                                        12

4.Внутренняя молниезащита                                                               14

5. Оборудование для систем молниезащиты                                     16

6.Активные  молниеприемники                                                           18

7.Молниезащита  ЛЭП                                                                           20

8.Примеры исполнения мониезащиты                                               22

9.Список литературы                                                                            25

 

 

 

 

Введение

Молниезащи́та — это комплекс технических решений и специальных приспособлений для обеспечения безопасности здания, а также имущества и людей находящихся в нем. На земном шаре ежегодно происходит до 16-и миллионов гроз, то есть около 44 тысяч за день. Прямой удар молнии очень опасен для здоровья людей, нередки случаи смертельного исхода. Для зданий и сооружений угрозами вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами являются возможность возгорания либо разрушения, а также повреждение чувствительного оборудования вследствие сопутствующего молнии импульсного электромагнитного поля.

Считается, что  молниеотвод был изобретён Бенджамином  Франклином в 1752 году. Описание первого способа защиты от молний появляется в ежегоднике «Альманах Бедного Ричарда». «Способ этот таков, — писал Франклин. — Возьмите тонкий железный стержень длиною достаточною для того, чтобы три-четыре фута одного конца опустить во влажную землю, а шесть-семь другого поднять над самой высокою частью здания. К верхнему концу стержня прикрепите медную проволоку длиной в фут и толщиной с вязальную спицу, заостренную как игла. Стержень можно прикрепить к стене дома бечевой (шнуром). На высоком доме или амбаре можно поставить два стержня, по одному на каждом конце, и соединить их протянутой под коньками крыши проволокой. Дому, защищенному таким устройством, молния не страшна, так как острие будет притягивать ее к себе и отводить по металлическому стержню в землю, и она уже никому не причинит вреда. Точно так же и суда, на верхушке мачты которых будет прикреплено острие с проволокой, спускающейся вниз на палубу, а затем по одному из вантов и обшивке в воду, будут предохранены от молнии».

 

1. Термины и определения

Удар  молнии в землю – электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.

Точка поражения – точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.

Защищаемый  объект – здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требованиям нормативов.

Устройство  молниезащиты – система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.

Устройства  защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) – комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

Токоотвод – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Отдельно  стоящий молниеотвод – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.

Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.

Зона  защиты молниеотвода – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.

 

2.Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств  молниезащиты зданий и сооружений включает в себя устройства защиты от ПУМ [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 и растекаются в земле.

 

 

3.Внешняя молниезащита .

Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её 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 на заземление. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.

3.1Молниеприемники.

Система молниезащиты состоит из молниеприемной части, токоотводов и системы заземления. Молниеприемное устройство должно защищать те части объекта, которые подвержены опасности удара молнии. Это в первую очередь касается коньков, углов, краев и ребер кровли зданий и элементов, выступающих над кровлей (каминные трубы, антенны). При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в (табл.1)

Табл. 1  Уровни надежности защиты.

Уровень защиты	Надежность защиты от ПУМ
I	0,98
II	0,95
III	0,90
IV	0,80

 

 Для специальных  объектов минимально доступный  уровень надежности защиты от  ПУМ устанавливается в пределах 0,9 – 0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от прямого удара молнии. Молниеприемная часть может состоять из вертикальных молниеприемников, горизонтальных молниеприемников, молниеприемных выпусков, молниеприемной сетки естественных молниеприемников или комбинации данных элементов.

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 значения t, приведенного в ниже представленной (таблице 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;

Табл.2 Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника:

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

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 приведут к опасным или недопустимым последствиям;

          д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения /, приведенного в таблице, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

          Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м (табл.3), изложенных в стандарте МЭК (IEC 61024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных методов в следующих случаях:

●метод защитного угла используется для простых по форме сооружений или для маленьких частей больших сооружений;

●метод фиктивной сферы – для сооружений сложной формы;

●применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей.

          В ниже приведенной таблице  для уровней защиты I – IV приводятся  значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.

Табл.3. Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК.

Уровень защиты	Радиус фиктивной сферы R, м	Угол	при	различной	Высоте h,м	Шаг ячейки сетки, м
		20	30	45	60
I	20	25	*	*	*	5
II	30	35	25	*	*	10
III	45	45	35	25	*	10
IV	60	55	45	35	25	20

          Стержневые молниеприемники, мачты  и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты, образованной под углом а к вертикали. Защитный угол выбирается по таблице, причем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена. Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в таблице для соответствующего уровня защиты.

* В этих случаях  применимы только сетки или  фиктивные сферы.

 

3.2.Токоотводы

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

а) ток растекался по нескольким параллельным путям;

б) длина этих путей была ограничена до минимума.

Расположение  токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта. Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждой опоре предусматривается не менее одного токоотвода. Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждом конце провода (троса) выполняется не менее одного токоотвода. Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждой ее опоре выполняется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов принимается не менее двух. 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 (таблице 4).

 

Табл.4. Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

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

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