По официальной статистике ежедневно на планете возникает более 40000 гроз. Учитывая распространение электронных систем и их уязвимость перед разрядами, молниезащита зданий и сооружений является одним из самых необходимых технических решений для любой категории объекта. О том, что это такое, какими бывают подобные системы и как на практике реализуются, пойдет речь далее.
Немного теории
Перед тем, как непосредственно углубиться в устройство, оборудование, правила установки, схемы монтажа, нормативы (ТКП, ВСН и т. п), неплохо было бы разобраться в особенностях процесса. Процесс образования молний является одним из звеньев цепи круговорота воды в природы. Испаряясь вблизи нагретой солнцем земли, водяной пар насыщает нижние слои воздуха, которые постепенно поднимаются вверх за счет восходящих потоков. При этом мелкие капли воды получают отрицательный заряд, а те, что крупнее – положительный. Если рассматривать отдельно взятое дождевое облако, (которое может быть высотой до 5 км, не считая расстояния до земли), то крупные капли собираются в его вернем слое, а мелкие – в нижнем.
Не трудно догадаться, что это естественные условия для развития объемного заряда, который может иметь разный потенциал и знак в зависимости от расположения. При этом напряженность возникает не только между разными частями облака или соседних облаков, но и с поверхностью земли: на возвышающихся объектах или при наличии условий для хорошей проводимости.
Воздействие на земные объекты
Как показывает теория и практика, во время удара молнии в сооружение или любой другой объект (например, дерево) сила проходящего тока достигает 100 и более тысяч ампер. При этом плазма в зоне поражения разогревается до десятков тысяч градусов. Очевидно, что прямое попадание такого разряда в одно из промышленных или жилых зданий, сооружений, инженерных конструкций приводит к их механическому и термическому разрушению.
Кроме того, даже на изолированных металлических элементах возникает большая электростатическая индукция. Она может вызвать пробой на соседние узлы, на землю, элементы электроустановок. Человек, находящийся вблизи или на земле, может получить смертельные электротермические травмы, ожоги разной степени.
Читайте также:
Зона безопасности
Из теории известно, что разряд возникает между двумя точками, создающими наибольшую разницу потенциалов. Но вот зоны, где находятся эти точки, могут быть достаточно большими и предугадать в какой их части возникнет пробой сложно. Очевидно, если установить на промышленные или частные сооружения молниеотводы разной категории с заземляющими элементами, то на их острие возникнет точка высокой проводимости. Чем выше располагается эта система, тем большую площадь или точнее зону она способна обезопасить. Размеры зоны определяются условным конусом высотой 0,92h (h – высота острия молниеприемников) и диаметром основания – 1,5h.
Если габариты здания вписываются в эту область, то они являются защищенными как минимум с 95% вероятностью. В противном случае, в процессе проектирования придется использовать несколько стержневых или тросовых молниеотводов и молниеприемников с заземлением. Выглядит это вариант следующим образом:
Все требования, рекомендации, разделение категорий объектов, варианты и схема исполнения, правила устройства находятся в руководящих документах (ТКП, ВСН, РД, ГОСТ и т. п).
Классификация
Все системы антигрозовой защиты сооружений делятся на два больших класса:
- Внешняя,
- Внутренняя.
В первом случае речь идет о комплексе инженерных коммуникаций, устройство которых обеспечивает заблаговременный перехват разряда и безопасное перенаправление его в землю по молниеотводу. Если проектирование и оборудование такой системы прошло в соответствии со всеми требованиями, то разряд без последствий для объекта и находящихся в нем людей, будет отведет в пояс заземления и рассеян.
На практике монтаж внешних элементов защиты осуществляться по схеме стержня, стержневой сетки или тросовой сетки:
Схема стержневой молниезащиты
Схема молниезащиты в виде стержневой сетки
Схема молниезащиты в виде троссовой сетки
В каждом конкретном случае набор и устройство инженерных коммуникаций может отличаться, но в общем случае состав такой системы содержит:
- Молниеотводы (молниеприемники, громоотводы). Элементы, принимающие на себя главный удар грозового разряда, улавливающие его,
- Токоотвод. Часть предыдущего элемента, необходимая для отвода тока к системе заземления,
- Заземляющие узлы. Сеть токопроводящих компонентов, которая имеет с землей, почвой прямой электроконтакт.
Отдельным видом внешней молниезащиты принято считать так называемые активные молниеприемники, монтаж которых ведется в соответствии с ТКП, ВСП и другими нормативами. Внешние отличия от традиционной схемы заключаются в измененной, а точнее, дополненной концентрическими элементами, конструкции стержня. Подобные решения значительно сложнее и дороже обычных, а их эффективность вызывает постоянные прения на научной стезе.
Проектирование внутренней системы молниезащиты для сооружений предполагает монтаж защитного устройства (их совокупности) для электросети (проводка, потребители). Называется такой прибор УЗИП. Он предотвращает возможные электромагнитные импульсы и исходящие от них перенапряжения. Классификация УЗИП выделяет два основных вида:
- Тип 1. Устройства для защиты от электромагнитных волн с параметрами 10/350 мкс, обладающих огромной энергией,
- Тип 2. Ориентирован на волны с характеристиками порядка 8/20 мкс.
Читайте также:
Нормативная база
На территории СНГ, в том числе и России действует множество ведомственных, межведомственных, государственных, межгосударственных стандартов по проектированию и монтажу молнеиприемников, молниеотводов, систем внутренней и внешней защиты. В РФ основными документами являются РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003, которые, по сути, являются инструкциями по устройству систем. Они действуют одновременно, вызывая иногда путаницу в вопросе приоритета.
Параллельно действуют еще несколько отраслевых стандартов, если так можно выразиться:
- ПУЭ 7 – требования к проектированию, проверке, монтажу, устройству электрических установок,
- ВСН 1-93 – ведомственная инструкция по составлению проекта систем противогрозовой защиты радиообъектов,
- ГОСТ Р 50571.28-2006 – оговаривает требования к электрическим объектам и узлам в сетях медучреждений.
В Республике Беларусь действует свод требований или технический кодекс ТКП 336-2011, оговаривающие особенности обустройства, монтажа молниеприемников, молниеотводов, заземляющих элементов промышленных и жилых сооружений.
Как можно судить по вышеизложенной информации, молниезащита зданий является критически важным этапом строительных работ. Ее проектирование, категория, варианты исполнения, устройство должно осуществляться в соответствии с требованиями руководящих документов (РД, СО, ГОСТ, ТКП и т. д).
