6.8. Молниезащита зданий и сооружений

6.8.1. Общие положения

В условиях ясной погоды происходит непрерывное перемещение положительных ионов к земле и отрицательных от нее, что обусловливает существование тока утечки между ионосферой и поверхностью земли и образование больших электрических зарядов в грозовых облаках. Потенциал грозовой тучи составляет от 100 млн. до 1 млрд. В. Ежегодно разряды атмосферного статического электричества (молнии) становятся причиной пожаров и взрывов, приносят значительный материальный ущерб и приводят к человеческим жертвам.

Эффективным средством защиты от атмосферного статического электричества является молниезащита. Она включает комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, возможных при воздействии молний.

Для всех зданий и сооружений, не связанных с производством и хранением взрывчатых веществ, а также для линий электропередач и контактных сетей проектирование и изготовление молниезащиты должно выполняться согласно «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» РД 34.21.122-87.

По степени защиты зданий и сооружений от воздействия атмосферного электричества молниезащита подразделяется на три категории. Категория молниезащиты определяется назначением зданий и сооружений среднегодовой продолжительностью гроз, а также ожидаемым числом поражений молнией в год здания или сооружения.

Ожидаемое годовое число поражений молнией прямоугольных зданий и сооружений

N = (5 + 6h_зд)(L – 6h_зд) – 7,7h²_зд * n * 10⁶_,

для сосредоточенных зданий и сооружений (башен, вышек, дымовых труб и т.д.)

N = 9 * h²_зд * n * 10⁶,

где S и L – ширина и длина зданий, м (для зданий и сооружений сложной

конфигурации в плане при расчете N в качестве S и L принимают ширину и длину наименьшего описанного прямоугольника);

h_зд – наибольшая высота здания или сооружения, м;

n – среднегодовое число ударов молний в 1 км² земной поверхности (удельная плотность ударов молний в землю) в месте расположения зданий или сооружений. Информацию о средней за год продолжительности гроз можно получить в местном отделении Росгидромета либо воспользоваться картой, представленной в РД 34.21.122-87.

Здания и сооружения первой категории подлежат защите от ударов молнии, электростатической и магнитной индукции независимо от их габаритов и района грозовой деятельности. Здания второй и третьей категорий защищаются от ударов молнии, статической и магнитной индукции и заноса высоких потенциалов в зависимости от интенсивности грозовой деятельности.

Электростатическая индукция — наведение потенциалов на наземных предметах в результате изменения электрического поля грозового облака, создающее опасность искрения между металлическими элементами конструкций и оборудования.

Электромагнитная индукция характеризуется наведением потенциалов в незамкнутых металлических контурах в результате быстрых изменений тока молнии.

Занос высоких потенциалов - перенесение наведенных молнией высоких электрических потенциалов в защищаемое здание по внешним металлическим коммуникациям - эстакадам, монорельсам, трубопроводам, кабелям с металлическими оболочками, проложенным в земле, каналах, туннелях.

Наиболее частыми являются разряды молнии в элементы сооружения, возвышающиеся над другими или имеющими надежное заземление. Избирательную способность молнии необходимо учитывать при проектировании молниезащитных устройств, которые должны выполняться с заземляющими устройствами, обладающими малым сопротивлением растекания тока в земле.

Опасность представляет также занос высоких потенциалов в защищаемое здание по телефонным и другим проводам, трубам, кабелям. В результате человек, находящийся вблизи этих проводов, может быть поражен электрическими разрядами. Основная опасность удара молнии в здание определяется возникающими пожарами, взрывами, а при ударах в высокие сооружения (трубы, башни) - в механических разрушениях.

К вторичным воздействиям молнии относят появление на металлических предметах электростатической индукции. Заряды электростатической индукции образуются на проводах воздушных электрических линий, телефонных проводах, металлических фермах, кровлях. Высокий потенциал на этих предметах обеспечивает проскакивание искры (разряда) на заземленные предметы, что особенно опасно для взрывоопасных производств. Устранить искрообразование от электростатической индукции можно путем заземления всех металлических элементов.

Защита объектов первой и второй категорий молниезащиты от прямых ударов молнии осуществляется стержневыми или тросовыми молниеотводами (отдельно стоящими — у первой категории) с импульсным сопротивлением заземления не более 10 Ом (Рис. 3).

Рис. 3. Зоны защиты различных видов молниеотводов: а — одиночный стержневой; б -двойной стержневой; в—тросовый:

r₀ - радиус зоны защиты на уровне земли;

r_х- то же на уровне h_x;

r_х1, - то же на уровне h_х1;

h_оп - высота опоры троса.

Защита от разрядов статического электричества достигается присоединением металлического оборудования и аппаратуры объекта первой категории к заземлителю с общим сопротивлением 10 Ом. У объектов второй категории опасность искрения от электростатической индукции устраняется путем присоединения металлических корпусов всех установок и аппаратов к заземлению электроустановок.

От электромагнитной индукции опасность устраняют установкой между протяженными металлическими предметами (расположенными на расстоянии не более 10 см) надежно скрепленных перемычек через 25-30 м.

Для защиты объектов от опасности заноса высокого потенциала ввод воздушных линий любого назначений внутрь объектов первой и второй категорий не допускается. В объекты второй категории ввод воздушных линий может быть осуществлен лишь с помощью кабельной вставки длиной не менее 50 м, размещенной в земляной траншее, и устройства заземления через искровой промежуток проводов воздушной линии в месте перехода в кабель.

Объекты третьей категории оборудуются защитой от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов но наземным проводящим коммуникациям. Защита от прямых ударов молнии осуществляется стержневыми или тросовыми молниеотводами с импульсным сопротивлением заземления не более 20 Ом.