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;
 

Категория

молниезащиты

 Минимальный пик тока молнии

 Максимальный пик тока молнии

 Вероятность улавливания

I

2,9 kA

200 kA

99 %

II

5,4 kA

150 kA

97 %

III

10,1 kA

100 kA

91 %

IV

15,7 kA

100 kA

84 %

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 = ki (kc/km)L(m)1

Определение значения коэффициента ki

ki находится в зависимости от выбранной категории молниезащиты.

 

 

Категория защиты

 

ki

I

0,1

II

0,075

III, IV

0,05

Определение значения коэффициента kc

kc 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 km

km 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

МолниезащитаШаг 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.

 

 

графикШаг 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

Таким образом:

Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её через тоководы на заземление, где она растекается 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 в систему заземления, где энергия разряда должна безопасно рассеяться. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.

В общем случае внешняя молниезащита состоит из следующих элементов:

  • Молниеотво́д (молниеприёмник, громоотвод) — устройство, перехватывающее разряд молнии. Выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь)
  • Токоотво́ды (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
  • Заземли́тель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.

 Существуют следующие виды молниеприемников внешней молниезащиты:

  • молниеприемный стержень.
  • натянутый молниеприемный трос, трос обычно натягивают между молниеприемными стержнями;
  • молниеприемная сетка;

Помимо вышеупомянутых традиционных решений (приведенных как в международном стандарте МЭК 62305.4, так и в российских нормативных документах РД 34.21.122-87 и CO 153—343.21.122-2003) с середины 2000х годов получает распространение молниезащита с системой ранней стримерной эмиссии, также именуемая активной молниезащитой. Применение данной системы нормируется несколькими стандартами, в первую очередь французским NFC 17-102.