МОЛНИЕОТВОД. МОЛНИЕПРИЕМНИК. ТОКООТВОД

МОЛНИЕПРИЕМНИК – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний (см. МОЛНИЯ. МОЛНИЕЗАЩИТА). (СО 153-34.21.122-2003)

Общие сведения

Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта; в последнем случае они называются естественными молниеприемниками.

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ – устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии. (СО 153-34.21.122-2003

Естественные молниеприемники

Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

1. Металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

- электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;

- толщина металла кровли составляет не менее приведенной в табл.1, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;

- толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения (см. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ) находящихся под кровлей горючих материалов (см. ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ);

- кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски, или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

- неметаллические покрытия на или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;

2. металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);

3. металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

4. технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

5. металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее, приведенной в табл.1, и, если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Таблица 1

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника

Токоотводы

ТОКООТВОД (СПУСК) – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю (см. ЗАЗЕМЛЕНИЕ). (СО 153-34.21.122-2003)

Общие сведения:

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы располагают таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

·        ток растекался по нескольким параллельным путям;

·        длина этих путей была ограничена до минимума.

Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждой опоре предусматривается не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного троса, на каждом конце провода (троса) выполняется не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждой ее опоре выполняется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов принимается не менее двух.

Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в Таблице 2.

Таблица 2

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания (см. ЗДАНИЕ).

Указания по размещению токоотводов

Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности их прокладывают вблизи углов зданий.

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

- если стена выполнена из негорючего материала (см. НЕГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА (МАТЕРИАЛЫ)), токоотводы могут быть закреплены на поверхности, стены или проходить в стене;

- 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 (см. ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ) 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.

Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

1. металлические конструкции при условии, что:

- электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

- они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов.

- металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;

2. металлический каркас здания или сооружения;

3. соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

4. 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.

Молниеприемники

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ (МОЛНИЕОТВОДЫ) – комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. (СО 153-34.21.122-2003)

ЗОНА ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДА – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины. (СО 153-34.21.122-2003)

МОЛНИЕОТВОД, УСТАНОВЛЕННЫЙ НА ЗАЩИЩАЕМОМ ОБЪЕКТЕ – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель. (СО 153-34.21.122-2003)

Крепление

Молниеприемники и токоотводы закрепляются жестко, чтобы исключить любой разрыв или ослабление крепления проводников под действием электродинамических сил или случайных механических воздействий (например, от порыва ветра или падения снежного пласта).

Соединения

Количество соединений проводника сводится к минимальному. Соединения выполняются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление.

Выбор молниеотводов

Общие сведения

Выбор типа и высоты молниеотводов производится исходя из значений требуемой надежности Р₃. Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее Р₃.

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выбирается, так чтобы максимально использовались естественные молниеотводы, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна, – в комбинации со специально установленными молниеотводами.

В общем случае выбор молниеотводов производится при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зонами защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции.

Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом конуса на уровне земли r₀.

Приведенные ниже расчетные формулы пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 1) радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x определяется по формуле

Рис. 1– Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h0 < h и основанием на уровне земли 2r0 (рис. 2).

Приведенные ниже расчетные формулы пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Полуширина газоны защиты требуемой надежности (.2) на высоте rx от поверхности земли определяется выражением (2):

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропередачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправданным запасам.

Рис. 2 – Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

Литература:

СО 153-34.21.122-2003 ИНСТРУКЦИЯ по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций