Розділ 2 проектування блискавкозахисту будівель і споруд

Розряди блискавки, потрапляючи у будівлю та інженерні споруди, призводять до їх пошкодження й пожежі. Люди, що знаходяться в середині або поблизу споруд, що не мають блискавкозахисту, уражаються електричним струмом і потрапляють під небезпеку у зв’язку з виникненням пожежі.

Розряди блискавки можуть уражати наземні об’єкти прямими ударами блискавки (первинна дія) і у вигляді електростатичної і електромагнітної індукції та заносу високих потенціалів у приміщення будівлі (вторинна дія). Вторинна дія небезпечна тим, що вона може призвести до утворення іскри між металевими конструкціями через повітряний проміжок в декілька сантиметрів, що абсолютно недопустимо при наявності вибухонебезпечних технологічних процесів.

Внаслідок швидкоплинності розряду (0,1 - 2 сек) і великої напруги, яка виникає в момент розряду, сила струму в каналі блискавки може досягати 200000 А, а температура до 10000^оС.

2.1. Категорії блискавкозахисту

Нормативними документами по проектуванню й улаштуванню блискавкозахисту будівель і споруд (ДСТУ Б В.2.5-38:2008 "Інженерне обладнання будинків і споруд. Улаштування блисковкозахисту будівель і споруд (IEC 62305:2006, NEQ)") у залежності від трьох категорій блискавкозахисту передбачається два типи (А і Б) зон захисту об’єктів.

• Зона захисту типу А забезпечує перехват на шляху до об'єкта не менше 99,5% блискавок.

• Зона захисту типу Б не менше 95%.

Під блискавкозахистом розуміють комплекс заходів по захисту від дії блискавки і її вторинних проявів, які забезпечують безпеку людей і тварин, збереження будівель і споруд, обладнання і матеріалів від вибухів, загорання й руйнування.

Усі будинки і споруди, що необхідно захищати від блискавки, розділяють на три категорії у залежності від ступеня вибухонебезпечності, важливості і технологічних особливостей об’єкта.

До першої категорії відносяться будинки й споруди класів В-І і В-ІІ по ПУЭ з виробництвами, пов’язаними з обробкою й збереженням горючих газів і рідин, а також при наявності пилу й волокон, здатних утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші. Вибух у таких приміщеннях супроводжується значними руйнуваннями і людськими жертвами. Блискавкозахист таких приміщень передбачається як від прямих ударів, так і від вторинних проявів блискавки – зона захисту тільки А.

До другої категорії відносяться будівлі і споруди класів В - Іа, В - Іб і В - ІІа та ВІ2. У таких виробничих приміщеннях вибухонебезпечні суміші горючих газів, парів і пилу з повітрям при нормальній експлуатації відсутні, але можуть утворюватись в результаті аварій або несправностей – тип зони розраховується, виходячи із середньої громової діяльності 10 годин і не більше на рік.

До третьої категорії блискавкозахисту відносяться:

1. будівлі і споруди або їх частини, які відносяться до зон класів П-І, П-ІІ, П-ІІа по ПУЄ в місцевостях з середньою тривалістю гроз 20 годин. Для будівель і споруд І і ІІ ступенів вогнестійкості при 0,02N2 – тип зони захисту Б, при N2 – А.

2. будівлі і споруди ІІІ-V ступенів вогнестійкості, розташовані в сільській місцевості, приміщення яких відносяться до зон класів П-І, П-ІІ, П-ІІа по ПУЄ, з середньою тривалістю гроз 20 годин і більше.

3. зовнішні установки та відкриті склади, що створюють зону класу П-ІІІ, будівлі і споруди ІІІ, ІІІа, ІІІб,ІV,V ступенів вогнестійкості, в яких відсутні приміщення, що відносяться до вибухопожежонебезпечних зон розташовані в місцевості з тривалістю гроз 20 годин і більше на рік. При 0,1N2 – тип зони захисту Б, при N2 – А.

4. будівлі і споруди із легких металевих конструкцій зі спалимим утеплювачем, в яких відсутні приміщення, що відносяться до зон вибухонебезпечних класів і розташовані в місцевості з тривалістю гроз 10 годин і більше на рік. При 0,02N2 – тип зони захисту Б, при N2 – А.

5. тваринницькі, птахівничі будівлі і споруди ііі-v ступенів вогнестійкості: для ВРХ і свиней – на 100 голів і більше, для овець –на 500 голів і більше, для птахів – на 1000 голів і більше, розташовані в місцевості з тривалістю гроз 40 годин і більше – зона Б.

6. димові й інші труби підприємств, котелень, башти і вишкі висотою 15м. і більше, розташовані в місцевості з тривалістю гроз 10 годин і більше на рік – зона Б.

7. окремо стоячі житлові і громадські будівлі в сільській місцевості з тривалістю гроз 20 годин і більше на рік і висотою понад 30м. – зона Б.

8. громадські будівлі ІІІ-V ступенів вогнестійкості: дитячі дошкільні заклади,школи, лікувальні заклади,глядацькі заклади, адміністративні будівлі, вокзали, готелі, мотелі, і т.д., розташовані вмісцевості з тривалістю гроз 20 годин і більше на рік – зона Б.

9. будівлі і споруди, що є пам’ятками історії, архітектури і культури (обеліски, скульптури і т.п.), розташовані в місцевості з тривалістю гроз 20 годин і більше на рік – зона Б. Підрахунок очікуваної кількості блискавок на рік виконується за формулами: - для скупчених будівель і споруд (димові труби, вишкі, башти):

- для будівель і споруд прямокутної форми:

,

де

h – найбільша висота будівлі, споруди, м.;

S,L – відповідно ширина і довжина будівлі, м.;

n – середноьрічна кількість ударів блискавки в 1 км² земної поверхні (питома кількість ударів блискавки в землю) в місці знаходження будівлі.

Об’єкти І і ІІ категорій повинні бути захищені від усіх чотирьох видів взаємодії атмосферної електрики, а об’єкти ІІІ категорії – від прямих ударів блискавки і від заносу високих потенціалів у середину будівель і споруд.

• Захист від електростатичної індукції полягає у відведенні індуктивних статичних зарядів у землю шляхом під’єднання металевого обладнання, розміщеного всередині й зовні будівлі, до спеціального заземлювача чи захисного заземлення електроустановок.

• Для захисту від електромагнітної індукції між трубопроводами й іншими металоконструкціями. В місцях їх зближення на відстань 10 см і менше, через кожні 20 м приварюють металеві перемички, по яких струм стікає з одного контуру на інший без утворення електричних розрядів між ними.

• Захист від заносу високих потенціалів у середину будівлі забезпечується відведенням потенціалів у землю поза будівлею шляхом з’єднання металоконструкцій із заземлювачами до входу останніх у будівлю.

• Для захисту об’єктів від прямих ударів блискавки споруджуються блискавковідводи, які сприймають на себе струм блискавки і відводять його в землю.

Об’єкти І категорії блискавкозахисту захищають від прямих ударів блискавки як окремо встановленими стержневими й тросовими блискавковідводами, так і блискавковідводами, що встановлюються на захищаємому об’єкті, але електрично ізольованими від нього.

Одиночний стержневий блискавковідвід влаштовується окремо стоячим або безпосередньо на будівлі (рис. 2.1) і складається з опори (висотою до 25м - з дерева, і до 75 м - з металу чи залізобетону), блискавкоприймача (стальний профіль перерізом не менше 100 мм²), струмопровода (перерізом не менше 48 мм²) і заземлювача.

а) б)

Рис.2.1. Розрахункові схеми для визначення безпечних відстаней від

блискавковідводу до споруди

а) окремо встановлений;б) ізольований від об’єкта діелектричною стійкою.

1–струмовідвід;2–заземлювач;3–опора ізольованого блискавко-відводу;

4 – споруда; 5 – комунікації

Найменші допустимі відстані від струмовідводу окремо розташованого стержневого блискавковідводу до споруди, що підлягає захисту, вибираються в залежності від опору заземлення й висоти об’єкта по кривих (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Найменша допустима відстань від стержневого блискавковідводу до споруди, що підлягає захисту

У тросовому блискавковідводі, в якості блискавкоприймача, використовується горизонтальний трос (стальний, оцинкований трос марки ТК перерізом 48,26 мм²), який закріплюється на двох опорах. Струмопроводи приєднуються до двох кінців троса, прокладаються по опорах і приєднуються кожен до окремого заземлювача (рис.2.3).

Рис. 2.3 Тросовий блискавковідвід.