Молниезащита зданий и сооружений: виды, особенности, монтаж и проверка

Молниезащита — типы.

Как сказано выше, молниеприемными устройствами служат: сетка, стержни, тросы и активные молниеулолвители. Рассмотрим каждый из них подробней.

Естественная молниезащита – кровли сооружений, если они выполнены из металла, допускается использовать в качестве молниеприемника при условии, если:

Обеспечено надежное долговременное электрическое соединение элементов конструкции между собой;
Толщина металла крыши не мене, обозначенной в табл. 3.2, если требуется защитить кровлю от повреждения при ударе молнии, или не тоньше 0,5мм;

На крыше нет горючего изоляционного покрытия, при этом допускается небольшой слой пластика, краски или битума (до 1мм).

Разрешается использовать:

Части строений (фермы, стропила и т. д.), если они имеют надежный электрический контакт между собой;
Водосточные трубы, ограждения, если их сечения не меньше, используемых стандартных приемников молний;
Емкости и технологические трубопроводы, если их повреждение не приведет к опасным последствиям;

Сетка— один из самых распространенных типов молниезащиты. Выполняется из прута диаметром 8 – 10мм в виде ячеек, скрепленных в перекрестиях при помощи сварки или соединителей. Шаг ячейки зависит от уровня защиты. Прут крепится на кровле при помощи кровельных держателей. Возвышающиеся над крышей металлические конструкции присоединяются к сетке при помощи той-же проволоки, а выполненные из другого материала, оборудуются стержневым громоотводом, опять же присоединенным е сеткой.

Сетка молниезащиты

Спуски на контур заземления монтируются по фасадам из прутка диаметром 8 – 10мм, полосы 40х40 или используются колонны и стойки сооружения. Расстояние между токоотводами определяется по табл. 3.3.

Тросовая молниезащита.

Реализуется посредством двух и более мачт, с натянутым между ними тросом как показано на рисунке. Особенностью такого решения является наличие двух скатов (как у крыши) ограничивающих защищаемую зону.

Практикуется установка двойных и замкнутых тросовых молниеотводов, за счет чего зона защиты становится значительно шире.

Стержневой громоотвод — самый распространенный (классический) вид молниезащиты. В зоне защищаемого объекта устанавливается молниеприемная мачта (громоотвод). Расчет зоны действия стержневого громоотвода производится по таблице 3.4. Таким образом, если требуется защитить большую площадь территории, можно устанавливать один, два и более громоотводв, рассчитывая их высоту для соблюдения условия полного перекрытия зон на требуемом уровне от земли.

Активная система молниезащиты -состоит из стержневых молниеотводов, с закрепленными на них активными молниеуловителями. Они представляют собой наконечники специально разработанной формы, имеющие в своем составе генераторы ионов, способные в грозу генерировать высоковольтные импульсы, в результате чего формируется встречный лидер и происходит перехват грозового разряда. Производители гарантируют увеличение защищаемой площади и эффективности до 4 – 5 раз. Однако, встречались случаи пропуска грозовых ударов из-за недостаточной плотности установки громоотводных мачт.

Этапы сооружения своими руками

Заземлитель

Заземлитель располагают в таком месте, где нет опасности попадания электрического грозового разряда рядом с ним. До здания расстояние определяется 1 метром, но при этом до тротуара или другой дорожки должно быть 5 метров. Если места, где не ступает человеческая нога, найти не удается, то место действия заземления ограждают деревянными щитами и делают соответствующую табличку.

Отвод электрического разряда

После подготовительного этапа следует перейти к установке громоотвода:

начинать монтаж устройства следует на земле — роют яму или траншею для расположения заземляющего устройства или контура;
яма может быть разного размера, в зависимости от размеров приспособления – треугольный контур помещается в углубление соответствующей геометрии, линейное заземление требует траншеи;
если длина стержней более метра, то яму роют на этот размер, а остальное вбивают в почву;
траншею начинают от соединения токоотвода с заземлением, при этом внутренний отдел защиты также заземляется, соединение щитка с заземлением осуществляется проводом в подземной части, поэтому делают дополнительную траншею для подсоединения от сетевого перенапряжения;
если работы ведутся в сухом грунте, который не слишком подходит для проводимости, то в подсыпку добавляют соль, а на глубину проливают солевым раствором;
если предполагается засушливый климат, то заземление делают в тенистом месте, предохраняющим от пересыхания или промачивают почву водой время от времени;
для самодельного заземления можно использовать остатки старого профиля, единственным требованием является качество сварных швов;
профилей при монтаже заземления берут больше чем нужно, так как в процессе нахождения в земле они покрываются ржавчиной, слой которой не работает в качестве заземления.

Приемник для молнии

Следующим этапом является установка молниеуловителя:

его ставят на мощной опоре, которая выдерживает сильные ветровые нагрузки, длина определяется по формуле;
длину соединяют при помощи сварки из различных кусков проката, в полых профилях вставляют металлическую внутреннюю пробку на стыке;
токовод изолируют от металлических кровельных элементов, как и заземлитель, иначе разряд большой силы пойдет по другому пути;
молниеуловитель и токовод при монтаже соединяют проводом или полосовой сталью;
токовод соединяют с заземлением сваркой по всей длине, все углубления при установке заземляющих контуров засыпают почвой.

Защита от индуцированных волн

Молниезащита подстанции при непрямом попадании молнии обеспечивается специальными аппаратами, которые обеспечивают защиту от импульсного перенапряжения.

Учитывая то, что заранее неизвестно, куда попадет молния, все входы и выходы подстанции оснащаются либо разрядниками, либо более совершенными ограничителями перенапряжения (ОПН).

Принцип действия искрового разрядника основан на образовании дуги между двумя стержневыми электродами, один из которых заземлен, а второй соединен с фазным проводом.

Они разделены защитным промежутком. При пробое последнего (появлении искры) вся электроустановка отключается, обеспечивая ее молниезащиту.

Последние в случае возникновения перенапряжения пробиваются и образуется дуга, высокая температура которой запускает газогенератор. Под давлением газ перемещается к открытому концу трубки, чего оказывается достаточно для задувания дуги.

Виды молниеотводов

Жилые, промышленные, офисные здания, исходя из их расположения, высоты, назначения и интенсивности гроз должны по ГОСТу снабжаться определенной грозозащитой, которая закладывается или в проекте сооружения. Молниезащита в здании, согласно инструкции и ТКП, должна быть просчитана по специальной формуле:

N = ((b+3h)(L+3h)n)/10 в шестой степени

В данной формуле: b – ширина дома, L – длина, h – высота по боковым сторонам, n – среднее количество поражений квадратного метра земли в год.

Все дома и сооружения по ГОСТу делятся на три категории, по которым должна устанавливаться молниезащита:

в зданиях 1 категории долгое время присутствуют или часто появляются взрывоопасные смеси газов. Взрыв такого здания будет разрушительным и приведет к жертвам;
в сооружениях 2 категории подобные смеси могут возникнуть только в результате аварий, а всё взрывоопасное хранится в надежной металлической упаковке. При взрыве разрушения будут средними, без жертв;
в зданиях 3 категории разряд может вызвать пожар, поражения людей, механические разрушении. Именно к ней относят общественные, жилые здания, дымовые трубы.

От прямых ударов молнии

Сетчатый молниеприемник на схеме

Чтобы защититься от прямых попаданий молний, согласно ТКП, применяют молниеотводы. Защитная функция основана на свойстве атмосферных разрядов поражать самые высокие металлические заземленные объекты. Поэтому все, что расположено ниже, в зоне безопасности. Типичный молниеотвод – поднятое над зданием устройство, принимающее удар и отводящее ток в грунт.

Любой молниеотвод состоит, по проекту, из следующих элементов: молниеприемника (принимающего удар), несущей конструкции (чтобы устанавливать на нее молниеприемник), токоотвода (связывающего приемник с заземлением) и заземлителя (контактирующего с грунтом). Заметим, что по инструкциям и ТКП, железобетонные или металлические несущие элементы способны быть и токоотводами. Также металлическая кровля сама по себе может служить молниеприемником.

Конструктивно и согласно расположению молниеотводы бывают:

отдельно расположенные стержневые;
отдельно расположенные тросовые или антенные;
сетчатые, на кровле;
стержневые на кровле.

Сетка-молниеприемник, согласно ТКП, может быть с ячейками со сторонами не более 12х12 м, и площадью до 150 м. кв. Сопротивление молниеотвода по ГОСТу не должно быть больше 20 Ом. В устройстве грозозащиты должны максимально использоваться металлические элементы дома, вытяжные трубы, антенны. Неметаллические трубы выше 15 м защищают, устанавливая на них приемник.

Небольшие частые дома (высотой до 7 м и площадью до 150 кв. м.) допускается, согласно ТКП и нормативам оборудоваться упрощенной молниезащитой, по собственному проекту. Например, над коньком кровли натягивается стальная проволока 5 мм, на планках из дерева по торцам здания. На трубе и по торцам кровли ставят вертикальные приемники высотой полтора метра из стального уголка. Заземлителями могут выступать вертикальные стержни длиной 3 м. Вариантов исполнения для частного дома много, можно выбрать самый удобный, или скачать уже готовые в интернете.

От заноса высоких потенциалов

В зданиях защита от высоких потенциалов, согласно ТКП, осуществляется двумя способами. Потенциалы наводятся на внешние металлические элементы и коммуникации, поэтому надо:

на ближней к зданию опоре необходимо подсоединить конструкции из металла к заземлителю сопротивлением меньше 20 Ом;
в здание на вводе подсоединить коммуникации и конструкции к заземлителю сопротивлением до 20 Ом. ТКП предполагает и их подсоединение их к основному заземлителю.

Разрядник вентильного типа

Еще более продвинутым устройством молниезащиты от индуцированных волн является разрядник вентильного типа. Кроме промежутков для искрообразования, в его состав входит герметичная фарфоровая покрышка и резисторы с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ).

Стоит отметить, что согласно ПУЭ имеются ограничения на максимальное расстояние от разрядника до трансформаторов подстанции, колеблющееся от 60 до 90 м, в зависимости от типа опор ВЛ.

Разрядники для обеспечения молниезащиты подстанций применяют все реже. Более совершенные устройства постепенно занимают их нишу. Основными их преимуществами является отсутствие искровых промежутков, малые размеры, глубокое ограничение перенапряжений.

Принцип действия ОПН предельно прост. Варистор (нелинейный резистор) ведет себя как сопротивление до достижения порогового напряжения. Превышение этой величины приводит к тому, что прибор поддерживает напряжение на заданном уровне за счет ответвления части тока на землю.

При использовании ОПН в качестве молниезащиты, есть сложности с длительностью удержания рабочего напряжения и некоторые другие. Но при правильном подборе типа прибора нелинейная молниезащита наиболее эффективна.

Заземление

Устройство — металлическая конструкция, закопанная или забитая в землю и обеспечивающая хороший контакт системы с землей. При влажных почвах нет смысла оборудовать заземлитель глубже 80 см. Как правило, используют стальной пруток 18 – 20 мм либо уголок 40 – 50 мм, стальную полосу шириной 40 мм. Длина заземлителя должна быть не менее 3 метров.

Конструкция может иметь форму треугольника либо напоминать перевернутую букву «Ш». Соединение элементов заземлителя проводится с помощью сварки либо болтовым скручиванием. Конструкция должна быть надежна на протяжении многих лет, не ослабевать и не иметь люфтов.

Монтаж молниеприемника

Сразу следует оговориться, что требования ПУЭ предусматривают выполнение соединений между всеми частями молниеотвода исключительно сваркой. Если это невозможно, допускается резьбовое соединение болтами и гайками.

Площадь шайб, применяемых при резьбовом соединении, должна быть увеличена. Не допускается производить монтаж элементов системы скруткой проводов или какими-либо другими методами.

Разумеется, высоту молниеприемника, в основном определяющую его эффективность, необходимо максимизировать. Согласно инструкции РД, для обеспечения надежной защиты надо поднять громоотвод минимум на 3 м над поверхностью сооружения. Это касается стержневых устройств.

Высота прокладки тросового молниеотвода зависит от длины и высоты здания, конструкции заземлителя и удельного сопротивления грунта, может составлять 3-4 м. Для монтажа троса рекомендуется укреплять деревянные опоры на обоих коньках здания, а между ними натягивать тросовый громоотвод, если речь идет о коньковых крышах.

Оборудование и материалы для молниезащиты.

Сегодня, отечественная и зарубежная промышленность производит все, что нужно для монтажа полноценной системы молниезащиты. От номенклатуры разбегаются глаза, но все это богатство можно распределить по назначению и применению.

Вас может заинтересовать — Правила устройства наружного освещения.

Молниеприемные устройства – мачты, стержневые молниеотводы, проволока диаметром 8-10мм, трос.
Заземление – электроды, горизонтальный заземлитель 40х4 и 25х3мм.
Держатели прутка и полосы – на стене, коньковые, для плоской кровли.
Соединители – полосы, прутка, универсальные.

Держатели

Требования СО 153-34.21.122-2003

Помимо вопросов, касающихся обустройства молниезащиты на государственных объектах любой формы собственности, в инструкции под данным обозначением рассматривается порядок подготовки и хранения всех сопровождающих документов.

Документация

Подготавливаемая при этом исполнительная документация должна включать в свой состав полный комплект расчётов, схем, чертежей и пояснительных записок, определяющих порядок монтажа специального оборудования в пределах защищаемой зоны.

При её подготовке должны учитываться как расположение здания на генеральном плане застройки (с учётом прокладываемых коммуникаций), так и климатические условия в данной местности.

Сдача объекта

Кроме того, этим документом устанавливается общий порядок технической приёмки комплексов молниезащиты, а также особенности сдачи их в эксплуатацию. Особо оговаривается, что для приёмки здания или сооружения назначается специальная комиссия, состоящая из представителей исполнителя и заказчика, а также инспектора пожарной службы.

По результатам изучения представленной разработчиком документации оформляются акты приёмки и допуска оборудования молниезащиты в эксплуатацию.

После этого на каждое отдельное устройство обязательно оформляются специальные рабочие паспорта (на всю систему и заземлитель), которые остаются у лица, ответственного за электрохозяйство объекта.

Проверка

В разделах инструкции, касающихся эксплуатации введённых в действие устройств молниезащиты отдельно оговаривается, что порядок их содержания и обслуживания определяется основными положениями ПУЭ. При этом с целью поддержания систем в рабочем состоянии должны проводиться ежегодные проверки всех её составляющих.

Такие освидетельствования организуются перед началом сезона гроз, а также после внесения в конструкцию молниезащиты каких-либо изменений и усовершенствований.

Принципы монтажа системы молниеотвода

При монтаже металлические опоры молниеотводов надо защищать от коррозии, а деревянные – от гнили. Несущие опоры, согласно ТКП, могут делаться из железобетона, дерева или стали. Необходимо рассчитывать в проекте стержневые на прочность, а тросовые – на ветровую нагрузку. Расстояние от зданий до обособленных молниеприемников ГОСТом не нормируется. Можно, по ТКП, даже использовать деревь, как опору. Однако если крона дерева ближе 5 метров, надо напротив проложить токоотвод на стене.

Приемники стальные, с сечением больше 10 см. Длина – не меньше полутора метров. Допускается использовать как приемники детали конструкции здания. Как токоотводы допускается применять арматуру, трубы. Токоотвод прокладывается к заземляющему элементы по кратчайшему расстоянию. Соединяться элементы молниезащиты должны сваркой.

Проект и монтаж устройств грозозащиты в общественных и промышленных сооружениях делается строительными организациями, в частном доме – возможно силами владельца, при условии соблюдения в проекте всех нормативов, и последующей проверке. Сейчас можно скачать из интернета много эффективных вариантов грозозащиты для кровли

Важно заземлители устанавливать в мало посещаемых зонах, вдали от дорог

Монтаж устройств грозозащиты, исходя из ТКП, ведется последовательно. Соблюдается техника безопасности при работе на высотах. Сначала на опоре или кровле закрепляют молниеприемник, к нему ведут токоотвод и сваривают соединение. Затем помещают в грунт заземлитель, ведут к нему токоотвод. Если защиту от прямых ударов можно выполнить и на кровле готового здания, то от потенциалов она устанавливается в процессе постройки.

На высоких сооружениях по проекту необходимо предусмотреть временные устройства грозозащиты, на время гроз. Это могут быть переносные молниеприемники на кровле, соединяющиеся спускаемыми у стен токоотводами с заземлителем. Для них допускаются болтовые крепления с переходным сопротивлением до 0,05 Ом.

Важно до сдачи молниезащитных устройств на каждом молниеотводе установить табличку, где указать год установки, предупреждение и порядковый номер. После монтажа вся грозозащита в здании должна быть проверена согласно ГОСТу

Проверка устройств грозозащиты делается по требованиям ПУЭ:

проверяется доступность элементов заземлителя;
проверяется вся цепь молниезащиты, прочность проводников и соединений, надежность сварки (молотком в 1 кг);
необходимо проверить в устройствах до 1 кв предохранители;
в установках до 1 кв надо проверить фазу-ноль;
делается измерение заземляющего устройства.

Электромонтажная фирма при проверке должна выдать такие документы:

чертежи по проекту;
акт проверки заземляющих проводников;
акт наличия скрытых работ по монтажу заземлителей;
измерения сопротивления заземлителей.

Таким образом, молниезащита сооружений начинается на этапе проектирования здания. Во время строительства или сразу после завершения выполняется монтаж всех необходимых устройств, а затем проверка и измерения. Проверка необходима, чтобы здание было сдано в эксплуатацию.

В дальнейшем из-за погодных воздействий эффективность устройств грозозащиты может снижаться. Поэтому требуются периодические проверки, визуальные и измерительные. При необходимости, элементы молниезащиты заменяются на новые.

Активная молниезащита

Для создания безопасных условий для сооружений объединенных одной территорией применяют активную молниезащиту.

По факту она представляет один молниеприемник. Это автомномный прибор, иными словами ионизатор, который функционирует за счет созданного магнитного поля в условиях грозы между тучей и земной поверхностью.

Область защиты зависит уровня установки, а также от вида активной защиты. Установка способна создавать безопасные условия для территории в 109 м в радиусе. Под единой защитой могут находиться несколько объектов.

Преимущества данной системы защиты:

высокая степень эффективности;
проста использования — система имеет автоматический запуск, не требуется проверять большое количество молниеприемников и токоотводов;
экономичность — не требуется использования дополнительных материалов для токоотводов и прочего;
хороший эстетический вид для любого сооружения.

Заземление

Средства испытаний и оборудование

Перечень необходимых средств испытаний и оборудования определяет допускающий совместно с производителем работ. В общем случае комплект приборов, инструментов, защитных средств должен включать следующее:

пояса монтерские предохранительные, страховочные канаты, защитные каски, приставные лестницы;
прибор МRU-101
молоток (вес 400 гр.)
штангенциркуль
рулетка 3 м

Безопасные приёмы работы

Работы по проверке систем молниезащиты зданий выполняется по наряду-допуску или по распоряжению. Вид оформления работ определяет работник, имеющий право выдачи нарядов и распоряжений. К работе допускаются лица из электротехнического персонала не моложе 18 лет, обученные и аттестованные на знание ПТБ, ПТЭЭП и данной методики, обеспеченные инструментом, индивидуальными защитными средствами, спецодеждой.

Состав бригады должен быть не менее двух человек:

производитель работ с группой по электробезопасности не ниже III
член бригады с группой по электробезопасности не ниже III

Указанные лица должны пройти медицинское освидетельствование для допуска к верхолазным работам и проверку знаний СНиП 12-03-99 в объеме требований безопасности верхолазных работ. О разрешении на выполнение верхолазных работ делается специальная запись в журнале проверки знаний и в удостоверении о проверке значений на странице «Свидетельство на право проведения специальных работ».

По результатам измерений составляется протокол установленной формы. Лица, допустившие нарушения ПТБ или ПТЭЭП, а также допустившие искажения достоверности и точности измерений, несут ответственность в соответствии с законодательством и положением о передвижной электролаборатории.

Правила установки

Что касается непосредственной установки молниезащиты, здесь важно учитывать ряд факторов. Молниеприемник должен быть закреплен на высоте

Речь идет о том, что этот элемент важно расположить как самый высокий объект в защищаемой зоне: несмотря на активный принцип действия, это будет способствовать увеличению его эффективности. Количество токоотводов должно соответствовать количеству приемников — важно обеспечить их равномерное распределение по каркасу строения.

Несмотря на то, что повышенная эффективность активной молниезащиты — предмет дискуссий, все большее число людей отдают ей предпочтение, но выбирать систему защиты дома от молнии необходимо индивидуально.

Как подобрать оборудование для внешней молниезащиты

Как уже говорилось выше, внешняя молниезащита состоит всего из нескольких элементов: молниеприемник, токоотвод и заземление. Однако подобрать подходящие элементы без специальных навыков и знаний довольно сложно. К счастью, сегодня существует специальная программа – калькулятор расчета молниезащиты. Работать с ним максимально просто. Достаточно указать высоту, ширину и длину здания, а также регион, в котором находится ваш дом.

После этого программа выдаст оптимальную высоту мачты, толщину кабеля и мощность заземления. На все уходит всего несколько минут! Вам не придется тратить кучу времени, чтобы изучить инструкцию по устройству молниезащиты и сооружений, также известную, как рд 34.21.122 87. Это серьезный плюс – инструкция изобилует сложными терминами, что делает ее изучение довольно сложным, требующим больших затрат времени.

Конструкция молниеотвода состоит из трех основных конструктивных частей:

Молниеприемник — часть конструкции молниеотвода, непосредственно принимающая на себя удар молнии. Всегда выполняется из металла с высокой проводимостью и стойкостью к разрушению от погодных условий. Материалом для молниеприёмников может служить нержавеющая или оцинкованная сталь, алюминий или медь.

Токоотвод — часть конструкции молниеотвода, которая непосредственно сбрасывает (спускает) принятый электрический заряд в заземлитель, непосредственно связанный с землей. Поэтому иное название токоотвода — спуск. Также выполняется из металла.

Заземлитель — металлический проводник, погруженный в землю. Может выполняться в разных видах, от вкопанной в почву шины до железобетонной сваи, роль проводников в которой выполняет стальной каркас.

Заземлитель

Токоотвод соединяется он с заземлителем – одной из наиважнейших частей молниезащиты. В качестве заземлителя в целях экономии используется одно заземляющее устройство ЗУ, которое отвечает наиболее жестким требованиям следующих видов заземления:

заземление молниезащиты;
рабочее заземление (трансформаторы, генераторы и прочее оборудование);
защитное заземление, обеспечивающее безопасность людей.

Заземляющее устройство молниезащиты на подстанциях выполняют горизонтально размещенными в грунте полосами, которые соединяются с вертикальными электродами, идущими к токоотводу. Все металлические части подстанции, включая корпуса баков, выключателей и прочего, должны иметь контакт с заземлением. Только в этом случае гарантирована надежная молниезащита.

Сети с напряжением от 110 кВт делают с глухозаземленной нейтралью, а подстанции на 35 кВ и ниже заземляют через дугогасящий реактор.