Молниезащита инженерных сооружений. Этапы развития молниезащиты

          ●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 располагаются 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.

          Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

          а) металлические конструкции  при условии, что:

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

 

3.3.Заземление

От того, насколько  правильно и качественно будет  выполнено заземление зависит эффективность  всей молниезащитной системы 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. Сопротивление заземления системы молниезащиты не должно превышать 10 Ом. В случае совмещенного заземления величина сопротивления должна соответствовать требованиям ПУЭ гл. 1.7. В этом случае, сопротивление меньше 10 Ом, потребуется для сетей с изолированной нейтралью - меньше 4 Ом, при наличии в здании трансформаторной подстанции - меньше 0,5 Ом. Сечение проводников должны соответствовать требованиям технического формуляра "О заземляющих электродах и заземляющих проводниках" Ассоциации «Росэлектромонтаж» № 11/2006 г.

Наиболее предпочтительным является выполнение заземляющего устройства в виде контура, проложенного по периметру здания на расстоянии не менее 1 м от фундамента и на глубине не менее 0,5 - 0,8 м с установкой вертикальных заземлителей в местах спуска токоотводов.

Такое исполнение заземляющего устройства дает ряд преимуществ:

- замкнутый  контур значительно снижает риск поражения человека в результате возникновения «шагового» напряжения;

- токоотводы  молниезащиты, опущенные на обычный  контур, имеют одинаковое сопротивление заземления, что обеспечивает равномерное распределение тока молнии между токоотводами;

- изменением  длины или количества вертикальных  заземлителей достигается практически любое сопротивление заземления.

В случае невозможности, по каким либо причинам, прокладки  контура заземления используют очаговые заземлители, выполненные с использованием вертикальных заземлителей по любому из известных способов заземления – треугольником, лапой и т.п.При любом исполнении заземляющего устройства с использованием вертикальных заземлителей необходимо принимать во внимание эффект взаимного экранирования заземлителей, который сказывается в том, что общее сопротивление заземления уменьшается не пропорционально по числу заземлителей, соединенных параллельно, а несколько меньше. Экранирование начинает проявляться при расстоянии между вертикальными заземлителями около 7 м. проявляется тем больше, чем ближе друг к другу будут расположены единичные заземлители. При расстоянии равным 1,7 м. эффект экранирования становится практически полным и дальнейшее сближение единичных заземлителей становится бессмысленным. В качестве естественного заземления может использоваться соединенная между собой арматура железобетонного фундамента или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям, аналогичным предъявленным к естественным токоотводам. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки. Заземляющее устройство выполняется с учетом подземных коммуникаций. Если верхние отметки (кабельные каналы, трубопроводы и т.п.) расположены на глубине менее 0,5 м от поверхности земли, то горизонтальный заземлитель должен быть расположен под каналом. Заземлители, прокладываемые параллельно кабелям или трубопроводам следует укладывать на расстоянии в свету не менее 0,3 – 0,35 м., а при пересечении не менее 0,1 м.Допускается, в местах прохода людей, замыкание контура заземления изолированным проводником, при этом длина изолированного проводника не должна превышать 30% от длины контура. Горизонтальный заземлитель из полосовой стали укладывается на дно траншеи, на ребро.

 

4.Внутренняя молниезащита

Задача внутренней молниезащиты состоит в парировании побочных воздействий молниевых разрядов — таких как электромагнитные наводки и перенапряжения, способные вывести из строя электрическую и электронную аппаратуру. Внутренняя система состоит из шины выравнивания потенциалов, которая объединяет все протяженные металлоконструкции дома, и устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), задача которых заключается в нейтрализации импульса перенапряжения, попадающего в ваш дом по линиям электропередач или системам коммуникаций, таким образом защищая все электроприборы в доме и всю электропроводку от любого вида импульсного перенапряжения. УЗИП в зависимости от назначения и места расположения подразделяются на три класса (табл.5).

Табл.5. Классы и назначения УЗИП для электрических цепей

Класс устройства	Назначение устройства
I (В)	Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в систему  молниезащиты здания (объекта) или воздушную  линию электропередач (ЛЭП). Устанавливаются  на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током Iimp с формой волны 10/350 мкс
II (С)	Предназначены для защиты токораспределительной сети объекта  от коммутационных помех или как  вторая ступень защиты при ударе  молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс
III (D)	Предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков  напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех. Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Могут иметь самую разнообразную конструкцию (в виде розеток, сетевых вилок, отдельных модулей для установки на DIN-рейку или навесным монтажом). Нормируются комбинированной волной напряжения (1,2/50) мкс и тока (8/20) мкс.

         Впрочем, положение первой и  второй ступеней варьируется  в зависимости от конкретной  ситуации. Иногда их размещают  вместе в отдельном шкафу, а в некоторых случаях совмещают (для этого есть специальные УЗИП I/II класса).

          Для третьей ступени важно,  чтобы расстояние по кабелю  питания от УЗИП до оборудования  не превышало 10–15 м. Поэтому  приборы III класса часто изготавливают  в виде розеток, переходников и т. п.

          Основные принципы уравнивания  потенциалов содержатся в нормах  молниезащиты строительных объектов. В соответствии с этими принципами следует уравнивать потенциалы всех проводящих инсталляций входящих в объект. Уравнивание потенциалов следует выполнить при помощи  соединений с низким импедансом:

          Непосредственных – между проводящими  инсталляциями и устройствами, на которых не возникает постоянно электрический потенциал.

          Ограничивающих – между устройствами, заземленными и изолированными от земли, а также находящимися под напряжением проводами электрических устройств. Принимая во внимание представленные требования, рекомендуется, вводя инсталляции в строительный объект, соединять их с уравнивающей шиной, произвольным элементом молниезащитного устройства или металлическим элементом конструкции объекта в месте, расположенным как можно ближе к месту введения инсталляции. Оптимальным решением является введение всех инсталляций в одном общем месте. К уравнивающей шине следует непосредственно присоединить:

- металлические  трубы,

          - телекоммуникационные, вспомогательные,  и измерительные заземляющие электроды,

          - экраны или проводящие конструктивные  элементы линии передачи сигналов,

          - проводники PEN или PE электроэнергетической сети.

          Если внешние инсталляции, линии  электропитания, телекоммуникационные и сигнальные линии нельзя ввести в объект в одном и том же месте и требуется применение нескольких уравнивающих шин, то они должны быть соединены как можно более коротким проводником с заземлителем или металлическими элементами железобетонной конструкции объекта. Проводник, соединяющий уравнивающие шины, следует соединить с проводящими элементами железобетонной конструкции или другими экранирующими элементами. Уравнивающая шина размещается чаще всего на уровне земли, как можно ближе к месту, в которое входят проводящие инсталляции и соединена с заземлителем, напр., с фундаментным. К шине следует также присоединить существующие в объекте  металлические части лифтовых конструкций, вентиляционные каналы и т.п.

 

5.Оборудование для систем молниезащиты

На оборудование для систем молниезащиты накладывается  ряд обязательных требований ,как по сечению проводников так и по сроку службы при использовании преимущественно следующих материалов: оцинкованная сталь, нержавеющая сталь, медь, алюминий. Срок службы систем молниезащиты должен быть не менее 25-30 лет. Материал и сечения проводников должны удовлетворять требования следующей (таблице 6). Сечения проводников для системы выравнивания потенциалов (табл.7). Совместимость  материалов (табл.8).

Табл.6. Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Уровень защиты	Материал		Сечение, мм2
		молниеприемника	токоотвода	заземлителя
I - IV	Сталь	50	50	80
I - IV	Алюминий	70	25	Не применяется
I - IV	Медь	35	16	50
Примечание – Указанные  значения могут быть увеличены в  зависимости от повышенной коррозии или механических воздействий.

Табл.7 Сечения проводников для системы выравнивания потенциалов

Уровень защиты	Материал	Сечение, мм2, не менее
I – IV	Медь	16
I - IV	Алюминий	25
I - IV	Железо	50

Табл.8 Совместимость материалов

Материал	Сталь оцинкованная (FT)	Алюминий  (Alu)	Медь    (Cu)	Высокосортная сталь(VA)
Сталь оцинкованная(FT)	+	О	_	О
Алюминий (Alu)	О	+	_	О
Медь      (Cu)	_	_	+	О
Высокосортная сталь(VA)	О	О	О	+

Комбинации материалов: + рекомендуется, О допускается, - не рекомендуется.

          В случае необходимости выполнения  соединения между двумя различными материалами, применение которых не рекомендуется необходимо использовать биметаллические соединители. Для компенсации негативных последствий температурного расширения проводников, которое составляет при изменение температуры на ∆ Т = 100 °С для алюминия ∆ L = 2,35 мм/м, меди ∆ L = 1,7 мм/м, нержавеющей стали ∆ L = 1,6 мм/м, стали ∆ L = 1,15 мм/м, необходима установка термокомпенсаторов через каждые 20 м. длины проводников.