Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений

Классификация объектов, подлежащих защите

Для чего нужно заземление

Согласно нормам гост, здания и сооружения, которые необходимо охранять от попадания молний, делятся по степени опасности на обыкновенные и спецобъекты. Обычными объектами считаются строения жилого и административного назначения для торговых, промышленных и сельскохозяйственных целей, высота которых не превышает 60 метров. К спецобъектам инструкцией по устройству молниезащиты зданий и производственных сооружений относятся:

• потенциально опасные для окружающих людей и построек;
• опасные для окружающей среды;
• способные в случае удара молнией стать причиной радиационного, биологического или химического заражения – выбросов, превышающих санитарные нормы (как правило, это касается государственных предприятий);
• сооружения с высотой, превышающей 60 метровую отметку, времянки, площадки для игр, объекты в процессе строительства и другие.

Для таких объектов устанавливается уровень молниезащиты не ниже 0,9. Хозяин сооружения или заказчик стройки может самостоятельно установить для здания повышенный класс надежности.

Обычные же объекты строительства, согласно гост, имеют четыре уровня надежности защиты от прямого удара молний:

• первый (при пиковом токе молнии 200 килоАмпер), надежность – 0,98;
• второй (ток молнии 150 килоАмпер), надежность – 0,95;
• третий (ток 100 килоАмпер), надежность – 0,9;
• четвертый (ток 100 килоАмпер), надежность – 0,8.

Способы организации

В простейшем случае в старых домах допускается заменять заземление в квартире быстродействующим дифференциальным устройством (УЗО), однако оно обеспечивает лишь мгновенную защиту и должно работать в связке с заземлителем. И уж совсем ни куда не годится вариант реализации заземления в квартире, подключаемого к трубам отопления или водоснабжения.

Опасность этого способа защиты от поражения током заключается в том, что качество контакта труб с землёй не всегда бывает удовлетворительным, что ухудшает условия стекания тока в землю. Вследствие этого потенциал в точке заземления может оказаться достаточно высоким.

Кроме того, при попадании сетевого напряжения на корпус электрочайника, например, оно через неграмотно организованную жилу PE сразу же появится на трубных магистралях данного стояка (причём во всех подключённых к нему квартирах).

Ответственность за последствия поражения током любого из жильцов подъезда, конечно же, будет нести то лицо, у которого обнаружится такое «заземление».

Таким образом, единственно приемлемый способ, воспользовавшись которым можно обустроить заземление в квартире своими руками – это изготовить выносную заземляющую конструкцию (заземлитель).

Элементы системы

Чтобы обеспечить безопасность людей и материальных ценностей, включая здания, сооружения, технику, оборудование и пр. от последствий воздействия электрического разряда, применяют специально разработанные системы — комплекс инженерных решений и особых технологических устройств.

Полный набор защитных мер включает две системы – внешнюю и внутреннюю. Первая предназначена для обеспечения от прямых попаданий разрядов, вторая — для предупреждения сопутствующих разряду наводок и импульсных перенапряжений. Внешняя система принимает разряд на себя, таким образом, снижая вероятность его попадания в защищаемый объект. В нее входят:

1. Молниеприемник, его иногда называют громоотводом. Он обеспечивает перехват электрического разряда. Принцип его работы очень прост. Молния всегда бьет по высоким конструкциям. То есть если защищаемый объект расположен в непосредственной близости от молниеотвода, то, скорее всего, он не пострадает. Устройством обеспечивается зона защиты одиночного объекта.
2. Токоотвод – он предназначен для отвода тока на заземление. Обычно его изготавливают из проволоки или плоской медной полоски.
3. Заземлитель – это устройство, которое отводит до половины тока молнии, протекшего по токоотводу. Оставшийся распределяется между коммуникациями возле сооружения. В качестве заземлителей могут быть использованы устройства с разными размерами и формами, которые обязательно погружаются в грунт. Все эти параметры регламентируются законодательством.

Внешнюю систему можно установить как на объекте, так и изолированно. Это может быть группа отдельно расположенных молниеотводов или другие объекты, которые могут исполнить его роль.

Молниезащита зданий

На здании любого предприятия необходимо выполнить установку системы молниезащиты, которая является необходимым элементом техники безопасности и в случае удара молнии сможет уберечь от людских жертв и больших финансовых убытков. В процессе работы над проектом системы молниезащиты для зданий и сооружений в учёт берутся такие факторы, как предназначение производства, нюансы его конструкции и размещение объекта, для определения частоты гроз. Молниезащита зданий и сооружений промышленности проектируется в зависимости от вида опасного воздействия, которое проявляется от разряде молнии:

Прямой удар молнии несёт термическую и механическую опасность для сооружения.

Второстепенное действие приводит к появлению электрического тока в токопроводящих цепях здания (проводка, трубы и т.п.). Это может привести к искрению и нагреву металлических конструкций, что спровоцирует пожар или взрыв.

Занос высоких потенциалов через токопроводящие конструкции непосредственно в электрооборудование и вывод его из строя.

Самой большей опасности подвержены высотные объекты на производстве – мачты, опоры ЛЭП и др.

Молниезащита зданий и сооружений с индивидуальным комплексом мер

Системы для высотных объектов и металлических сооружений выполняется с использованием заземления всего каркаса не менее чем в двух местах.

Системы для открытых сооружений, где высока взрывоопасность, выполняется с использованием стержневого отвода молний, или же молниеотводов монтируемых внутри самих установок.

Подстанции, на которых используются устройства распределения от прямого попадания молнии, защищаются с применением молниеотвода из троса или стержня. Если сопротивление конструкции заземления у подстанции менее 1Ом, молниеотвод подключают непосредственно к заземлителю, иначе выполняют монтаж дополнительного молниеотвода.

Трубы на заводах и фабриках защищаются молниеотводом из стальных стержней сечением 25мм. Количество стержней молниеотвода зависит от высоты трубы. Для труб более 40 м, монтируют два спуска, менее 40м – достаточно одного.

Для остальных промышленных зданий и сооружений молниезащита проектируется в соответствии с нормативной документацией.

Громоотвод — пассивная защита от молнии

Давайте рассмотрим, составляющие систем пассивной молниезащиты. Заземление — это система заземлителей и заземляющих проводников, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно, или через промежуточную проводящую среду. Заземление необходимо, для рассеивания электрического тока в грунте. Молниеотвод это проводник, соединяющий систему заземления с молниеприемником. По нему отводится электрический разряд с молниеприемника в систему заземления. Молниеприёмник — это устройство, перехватывающее разряд молнии, выполненное из токопроводящих материалов и устанавливаемое на наивысшей точке строения. Основная задача — принять на себя и отвести удар молнии через молниеотвод, тем самым обеспечить сохранность строения и самое главное человеческой жизни. В зависимости от конструктивных особенностей строений пассивная защита от молнии может быть: стержневая, тросовая или сетка «Фарадея».

Основные формы громоотвода

Стержневая молниезащита имеет форму классической молниезащиты. На самой высокой точке строения устанавливается стержневой молниеприемник. Расчет и проектирование стержневой молниезащиты происходит путем определения угла защиты; Тросовая защита от молнии представляет собой не что иное как стержневая грозозащита установленная на противоположных сторонах одного и того же здания и соединена между собой тросом. Расчет и проектирование тросовой молниезащиты также происходит путем определения угла защиты;

Сетка «Фарадея» отличается от двух предыдущих систем тем, что на кровле здания устанавливается не стержневой молниеприемник, а по кровле раскладывается горизонтальный молниеприемник в виде сетки, с определенным шагом ячейки и с учетом захвата каждого отдельного выступа на кровле.

Чаще всего при монтаже систем молниезащиты применяется комбинированный подход, и с использованием несколько видов молниезащиты одновременно. Этот подход оптимизирует затраты и дает высокую степень защиты. Область применения пассивной молниезащиты – все здания и сооружения, где живут и работают люди, производственные сооружения, памятники архитектуры, зверофермы т.д. Защита от молнии – неотъемлемая инженерно-техническая часть любого здания.

Как сделать громоотвод в доме

Если вы умеете работать со сварочным аппаратом, то вы легко сможете сделать громоотвод своими руками. Провести токоотвод и сделать заземление также несложно. Единственное, где лучше прибегнуть к помощи специалиста — это установка УЗИП в щитки дома.

Простейший молниеотвод можно сделать из куска арматуры диаметром 10 мм и более и длиной 2-6 м. Штырь нужно заострить сверху болгаркой и прикрепить к трубе или фронтону хомутами либо анкерными болтами. Второй вариант громоотвода — это заваренная по краям стальная труба 3/4˝. Главное, чтобы сварка была качественной. Самостоятельное изготовление молниеотвода позволяет сэкономить на устройстве молниезащиты 60-100$ — именно по такой цене можно купить громоотвод промышленного производства.

Токоотвод делают из стального прута диаметром 10 мм. Понятно, что такую трассу придется делать из отдельных частей, сваривая их между собой или скрепляя специальными переходниками. Это неизбежно, но необходимо продумать путь токоотвода так, чтобы соединений прутков было как можно меньше. Прут лучше заказать уже согнутый, чтобы не сгибать его подручными средствами.

При монтаже токоотвода используют держатели, можно металлические, но лучше их композитного непроводящего материала. Чтобы не было пробоя, токоотвод прокладывают не менее чем в 30 см от любых металлических элементов: водостоков, оконных решеток, отливов.

Последний этап — это устройство заземляющего контура. Делается он по такому же принципу, что и заземление в частном доме:

• вдали от дорожек и крыльца выкапывается траншея глубиной 2 м;
• в дно траншеи вбиваются вертикально три стальных уголка 40×40 мм на расстоянии 1,5-2 м друг от друга;
• поверх уголков приваривают стальную полосу толщиной 5 мм и более;
• к стальной полосе приваривают токоотвод;
• контур заземления для молниезащиты закапывают, при этом он должен быть не менее чем в метре от поверхности.

Так как сделать заземление в доме линейного типа не всегда возможно, контур часто замыкают в форме равностороннего треугольника. Независимо от формы контура токоотвод к нему приваривают так, чтобы соединение возвышалось над уровнем земли минимум на 25 см.

При монтаже молниезащиты здания важно помнить четыре правила:

1. Нельзя красить ни молниеприемник, ни токоотвод, ни заземляющие стержни, иначе молниезащита просто не будет работать.
2. Тщательно проверяйте все соединения и не один раз — через них будет проходить заряд в миллионы вольт.
3. Старайтесь не использовать разнородные материалы: в месте соединения стали с медью со временем начнется электрохимическая коррозия, которая сильно увеличит сопротивление на этом участке.
4. Контролируйте влажность грунта около заземляющего контура. В засушливые дни песчаные и супесчаные грунты нужно периодически проливать водой, поскольку в сухом песке заземление теряет эффективность.

Кроме того, не забывайте о правилах работы на высоте: всегда используйте страховку, никогда не ходите по кровле непривязанные и не работайте на крыше в очень жаркие дни.

Как сделать внутреннюю молниезащиту

Внутренняя молниезащита обеспечивает безопасность людей и самого здания изнутри. Она защищает от импульсных перенапряжений, которые могут вызвать прямые или удаленные удары молний.

Система уравнивания потенциалов

Система уравнивания потенциалов должна соединять друг с другом все металлические элементы (газопроводные и водопроводные линии и т.д.), электрооборудование, питающие линии и линии передачи данных. Иначе при ударе молнии возникнет опасная разность потенциалов между ними и упавшим напряжением на системе заземления.

В каталоге ОБО Беттерманн вы сможете выбрать шины уравнивания потенциалов для монтажа и в помещениях, и на открытом воздухе, варианты для скрытой установки, изделия для эксплуатации в условиях повышенной влажности или во взрывоопасных зонах. В качестве главной заземляющей шины (ГЗШ) для большинства частных и офисных зданий подойдет . Она соответствует стандарту DIN VDE 0100-410/-540, а также стандарту DIN VDE 0185-305.

Пластиковая крышка шины уравнивания потенциалов устойчива к воздействию УФ, ударопрочна и имеет возможность опломбировки

Все шины уравнивания потенциалов ОБО Беттерманн ударопрочные и разбираются только при помощи инструмента. Проводники в них разделены за счет двух типов клемм: для системы заземления и для системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП).

УЗИП

Согласно ГОСТ Р МЭК 62305-4 от 2018 года на любом здании с внешней молниезащитой необходима установка УЗИП. Она защищает все виды оборудования внутри помещения, а также информационные и коаксиальные линии от импульсного перенапряжения, вызванного ударом молнии.

Для обеспечения защиты всего здания одного силового устройства недостаточно. Все коммуникации, которые подходят на объекте, мы рекомендуем защитить с помощью своего УЗИПа. Разные типы УЗИП каскадно распределяют по всему зданию, согласно концепции деления помещения на три зоны:

• 1 зона — зона, куда приходят все коммуникации извне;

• 2 зона — зона внутри объекта (этажные щитки, межэтажные щитки);

• 3 зона — рядом с потребителем, где возможны частичные перенапряжения.

На каждой границе зон — соответствующий тип УЗИП. Самые мощные устанавливаются в главных распределительных щитах.

УЗИП OBO Bettermann соответствуют нормативам и делятся на три типовых класса: тип 1, тип 2 и тип 3. Рассмотрим каждый подробнее:

• тип 1: применяются на вводе в здание и устанавливаются в систему электроснабжения до счетчика.
• тип 2: в главных и вторичных распределительных пунктах. Они нейтрализуют остаточные импульсы, прошедшие через изделия первого класса, а также последствия перенапряжений, которые возникли в ходе коммутаций в высоковольтных сетях. 
• тип 3: они нужны для защиты от индуктивных вводов и коммутационных перенапряжений в электрических цепях оконечных приборов. Их устанавливают непосредственно перед потребителями энергии. 

Типовое распределение и каскадная установка УЗИП на рисунке ниже.

Система молниезащиты здания — одна из важнейших систем безопасности любого здания, организация такой защиты требует правильного выбора оборудования. Только взаимодействие всех 4 компонентов — внешней молниезащиты, заземления, уравнивания потенциалов и УЗИП — обеспечивает надежную защиту объекта.

Устройство молниеотводов

Фасадные светодиодные светильники – элемент подсветки зданий

Любой молниеотвод состоит из трех основных элементов: приемника молний, токоотводящих жил (обычно из меди или стали) и защемляющего контура, передающего накопленный заряд в землю на глубину от полутора до трех метров. Простейший вид такого устройства представляет собой металлическую мачту. Опopные стойки приспособлений по молниезащите имеют, как правило, исполнение в виде стальных труб одинакового диаметра, а также колонн из древесины или железобетона. Токоведущие части молниеотводящих устройств часто крепятся на конструкционные элементы самих сооружений. Молниепринимающие ловушки на молниеотводах стержневого типа состоят из стали и должны быть не менее 20 сантиметров высотой.

Тросовые молниеотводы называют еще линейными, они представляют собой проволоку, натянутую между пары железных мачт. Такое устройство позволяет собирать все попадающие в поле защиты разряды молний. Линейные громоотводы соединяются с заземляющим контуром кабелем большого диаметра из меди или же простой металлической арматурой.

На высотных зданиях часто монтируют металлический или железобетонный каркас в качестве токоотвода.

Обратите внимание! Необходимо обязательно устанавливать надежное соединение (предусмотренное снип) для всех элементов каркаса. Также токоотводами могут служить балконные перила, лестницы для экстренной эвакуации и другие элементы конструкции из металла

Токоотводящие жилы крепятся к стеновым поверхностям сооружений с помощью пластиковых клипс, также можно использовать кабель канал, который поможет увеличить срок службы молниепровода. Планируя строительство, следует предусмотреть наличие заземляющих контуров с шагом 20-30 метров по всему периметру здания.

Молниезащита промышленных зданий

Все объекты промышленного назначения делятся на три категории опасности. От этого зависит возводимый уровень устройства молниезащиты здания.

1 категория — объекты, на территории которых находятся взрывчатые вещества класса B1 и B2, электрические станции. Такие здания нуждаются в максимальной защите от прямого удара и статического электричества.

2 категория — сооружения, где присутствуют химические взрывоопасные элементы, кроме выше обозначенных. Здесь необходима защита от прямого разряда молнии.

3 категория — остальные строения, не вошедшие в первые две группы.

Промышленная молниезащита во многом зависит от специфики объектов и их элементов: наличии высотных труб, открытых установок, буровых или водонапорных вышек и т.д. Для проектирования и монтажа защитной системы необходимо обратиться к профессионалам, которые разработают эффективную конструкцию согласно установленным нормативам.

Внешняя и внутренняя молниезащита

При монтаже молниезащиту условно делят на внутреннюю и внешнюю. Обе они взаимосвязаны и не существуют автономно.

Внешняя молниезащита

• молниеприемник — выполняет роль «перехватчика»;
• токоотвод — отвечает за подачу тока к заземлителю;
• сам заземлитель — распределяет ток молнии в земле.

Внутренняя молниезащита

Главная цель внутренней молниезащиты — не допустить сбоя оборудования из-за скачков в сети, воздействия ЭМП (электромагнитное поле) и других факторов. Она состоит из:

• Системы уравнивания потенциалов. Она компенсирует разницу потенциалов в разных точках (при ее возникновении), чтобы не образовался электрический разряд. Система объединяет все протяженные металлические конструкции здания.
• УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Они нейтрализуют импульсы перенапряжения, возникающие из-за наводок, которые вызвала молния.

4.2.134

Открытые РУ и ПС 20-750 кВ должны быть защищены от
прямых ударов молнии. Выполнение защиты от прямых ударов молнии не требуется
для ПС 20 и 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1,6 МВ·А и менее
независимо от количества таких трансформаторов и от числа грозовых часов в
году, для всех ОРУ ПС 20 и 35 кВ в районах числом грозовых часов в году не
более 20, а также для ОРУ и ПС 220 кВ и ниже на площадках с эквивалентным
удельным сопротивлением земли в грозовой сезон более 2000 Ом·м при числе
грозовых часов в году не более 20.

Здания закрытых РУ и ПС следует защищать от прямых ударов
молнии в районах с числом грозовых часов в году более 20.

Защиту зданий закрытых РУ и ПС, имеющих металлические
покрытия кровли, следует выполнять заземлением этих покрытий. При наличии
железобетонной кровли и непрерывной электрической связи отдельных ее элементов
защита выполняется заземлением ее арматуры.

Защиту зданий закрытых РУ и ПС, крыша которых не имеет
металлических или железобетонных покрытий с непрерывной электрической связью
отдельных ее элементов, следует выполнять стержневыми молниеотводами, либо
укладкой молниеприемной сетки непосредственно на крыше зданий.

При установке стержневых молниеотводов на защищаемом здании
от каждого молниеотвода должно быть проложено не менее двух токоотводов по
противоположным сторонам здания.

Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной
проволоки диаметром 6-8 мм и уложена на кровлю непосредственно или под слой
негорючих утеплителя или гидроизоляции. Сетка должна иметь ячейки площадью не
более 150 м
(например, ячейка 12х12 м). Узлы сетки должны быть соединены сваркой.
Токоотводы, соединяющие молниеприемную сетку с заземляющим устройством, должны
быть проложены не реже чем через каждые 25 м по периметру здания.

В качестве токоотводов следует использовать металлические и
железобетонные (при наличии хотя бы части ненапряженной арматуры) конструкции
зданий. При этом должна быть обеспечена непрерывная электрическая связь от
молниеприемника до заземлителя. Металлические элементы здания (трубы,
вентиляционные устройства и пр.) следует соединять с металлической кровлей или
молниеприемной сеткой.

При расчете числа обратных перекрытий на опоре следует
учитывать увеличение индуктивности опоры пропорционально отношению расстояния
по токоотводу от опоры до заземления к расстоянию от заземления до верха опоры.

При вводе в закрытые РУ и ПС ВЛ через проходные изоляторы,
расположенные на расстоянии менее 10 м от токопроводов и других связанных с ним
токоведущих частей, указанные вводы должны быть защищены РВ или
соответствующими ОПН. При присоединении к магистралям заземления ПС на
расстоянии менее 15 м от силовых трансформаторов необходимо выполнение условий
4.2.136.

Для расположенных на территории ПС электролизных зданий,
помещений для хранения баллонов с водородом и установок с ресиверами водорода
молниеприемная сетка должна иметь ячейки площадью не более 36 м (например, 6х6 м).

Защита зданий и сооружений, в том числе взрывоопасных и
пожароопасных, а также труб, расположенных, на территории электростанций,
осуществляется в соответствии с технической документацией, утвержденной в
установленном порядке.

Молниезащита жилых домов и ее назначение

Наверняка, у каждого найдется несколько печальных историй о том, как халатное отношение к грозозащите стоило людям потерянного имущества, а некоторым и жизни. Эти примеры наглядно демонстрируют, насколько опасными могут быть шутки с природой.

Таким образом, молниезащита нужна в первую очередь:

• Для защиты людей, а также электротехники и прочего имущества;
• Для нормализации электромагнитного фона;
• Для предупреждения возможности воспламенения различных материалов.

Иными словами, основная задача этой системы – не подпустить молнию к поверхности крыши и к другим ее элементам.

4.2.133

Защита от грозовых перенапряжений РУ и ПС осуществляется:

от прямых ударов молнии — стержневыми и тросовыми
молниеотводами;

от набегающих волн с отходящих линий — молнеотводами от
прямых ударов молнии на определенной длине этих линий защитными аппаратами,
устанавливаемыми на подходах и в РУ, к которым относятся разрядники вентильные
(РВ), ограничители перенапряжений (ОПН), разрядники трубчатые (РТ) и защитные
искровые промежутки (ИП).

Ограничители перенапряжений, остающиеся напряжения которых
при номинальном разрядном токе не более чем на 10% ниже остающегося напряжения
РВ или среднего пробивного напряжения РТ или ИП, называются далее
соответствующими.

Принципы действия молниеотводов

УЗИП – молниезащита

Работа этих устройств базируется на том, что молнии всегда бьют в наиболее высокие и выделяющиеся металлические части. Все молниеотводы имеют свою защитную зону – это территория, которая защищена от прямого попадания молнии. При приближении разряда самая первая молния поражает самую высокую точку здания или сооружения, а защита отводит электрическую энергию в почву, а сам охраняемый объект не затрагивается. В случае, когда размеры сооружения превышают размеры охранной зоны одного молниеотвода, устанавливают дополнительные устройства такого типа (три-четыре взаимосвязанных стержневых устройства, имеющих общее заземление).

Надежность защитных зон, которые обеспечивают молниеотводы, по ГОСТ подразделяется на типы: «А» – степень надежности приближена к ста процентам (99,5) и «Б» – степень защищенности от 95 процентов. Сама защитная зона имеет конусообразную форму, ее высота и площадь основания определяются габаритами здания. Самая большая высота громоотводов, которую допускают строительные нормы, составляет 150 метров.