Молниезащита

Разряды атмосферного электричества (молнии) могут явиться причиной взрывов, пожаров, поражения людей. По данным статистики, около 7% пожаров возникает от разрядов молнии. Разрушительное действие прямого удара молнии (первичного проявления молнии) очень велико. Однако существует еще и вторичное проявление, которое заключается в том, что во время разряда молнии на изолированных от земли металлических предметах, вследствие электромагнитной и электростатической индукции, возникают электротоки высоких напряжений. Возможен перенос высоких потенциалов по проводам, через наземные или подземные металлические коммуникации. При этом в местах разрыва электроцепи может возникнуть искрение, достаточное для воспламенения горючей среды.

Комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, называется молниезащитой и осуществляется и соответствии с «Инструкцией по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений» (СН 305 — 77).

Существуют три категории устройства молниезащиты (I, II, III). Необходимость в молниезащите и ее категорию в каждом конкретном случае определяют в зависимости от интенсивности грозовой деятельности в местности расположения объекта, его пожаровзрывоопасности и назначения, а также ожидаемого количества поражений молнией в год.

По I категории должна осуществляйся молниезащитa промышленных зданий и сооружений с взрывоопасными зонами классов B-I и B-II, расположенных в любом месте.

По II категории— промышленных зданий и сооружений с зонами, относимыми к классам B-Ia, B-Iб и В-IIa, и расположенных в местности со средней грозовой деятельностью 10 и более часов в год. По этой же категории должна осуществляться молниезащита наружных технологических установок и открытых складов, относимых к классу B-Iг вне зависимости от места нахождения этих объектов. Молниезащита по этим категориям предусматривают защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии, от электростатической и электромагнитной индукции и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические конструкции и коммуникации.

По III категории должна осуществляться молниезащита многих других производственных, сельскохозяйственных, жилых и общественных зданий, сооружений и складов, дымовых труб, водонапорных и силосных башен, пожарных вышек и других с учетом их пожароопасности, степени огнестойкости, ожидаемого количества поражений молнией, времени средней грозовой деятельности в районе и ряда других факторов. Молниезащита должна обеспечивать защиту зданий и сооружений от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические конструкции и коммуникации.

Для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии служат молниеотводы, принимающие на себя разряд молнии и отводящие ток разряда в землю. Молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода (спуска) и заземлителя.

Применяют различные конструкции молниеотводов, наиболее распространенными из которых являются стержневой и тросовый. Они бывают отдельно стоящие или устанавливаемые на защищаемом объекте, в последнем случае они бывают изолированные или неизолированные от объекта. Молниеотводы бывают одиночные, двойные и многократные.

Стержневые молниеотводы представляют собой один, два или больше вертикальных стержней, устанавливаемых на защищаемом сооружении или вблизи его.

Тросовые молниеотводы состоят из одного или двух горизонтальных тросов, каждый из которых закрепляется на двух опорах. По опорам прокладывают токоотвод, присоединенный к отдельному заземлителю; опоры устанавливают на защищаемом объекте или вблизи его. По архитектурным соображениям молниезащиту зданий иногда осуществляют наложением на кровлю металлической заземленной сетки.

Тип заземлителя выбирается исходя из удельного сопротивления грунта и требуемого импульсного сопротивления.

Каждый молниеотвод имеет определенною зону защиты — часть пространства, внутри которого с достаточной степенью надежности обеспечивается защита здания или сооружения от прямых ударов молнии. Наименьшей по величине степенью надежности обладает поверхность зоны защиты; по мере продвижения внутрь зоны надежность защиты увеличивается.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой 150 м показана на рис. 2 и представляет собой круговой конус, вершина которого находится на высоте h₀ < h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x представляет собой круг радиусом r_x Зоны защиты такого молниеотвода имеют следующие размеры: зона А:

зона Б:

Для зоны Б при известных величинах h_x и r_x высота одиночного стержневого молниеотвода может быть определена по выражению

Зона защиты одиночною тросового молниеотвода высотой показана на рис. 3. С учетом стрелы провеса при известной высоте опор h_оп высота стального троса сечением 35...50 мм² при длине пролета а < 120 м равна ,

а при :.

Зоны защиты таких молниеотводов имеют следующие размеры:

зона А

зона Б

Рис. 2. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

Рис. 3. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода:

Наиболее сложным является устройство молниезащиты I категории. Молниеотводы должны быть обязательно изолированы от защищаемого сооружения или выполняться отдельно стоящими. Защита от электростатической индукции осуществляется присоединением металлических корпусов оборудования и конструкций к специальному заземлителю, обеспечивающему сопротивление растекаемому току не менее 10 Ом, или к защитному заземлению электрооборудования. Для защиты от электромагнитной индукции трубопроводы и другие протяженные металлические предметы в местах их взаимного сближения на 10 см и менее соединяют привариваемыми или припаевавыми металлическими перемычками через каждые 20 м длины, что исключает возможность образования незамкнутых контуров. Кроме того, для предотвращения искрения при протекании тока в местах соединения трубопроводов и других протяженных металлических предметов обеспечивают хороший контакт с переходным электрическим сопротивлением не более 0,03 Ом на один контакт. Для защиты от заноса высоких потенциалов перед вводом в сооружение подземные металлические коммуникации присоединяют к заземлителям защиты от электростатической индукции или к защитному заземлению электрооборудования, а внешние наземные металлические конструкции и коммуникации — к заземлителю защиты от электростатической индукции. Кроме того, на ближайших двух опорах от здания наземные коммуникации присоединяют к заземлителям с импульсным сопротивлением не более 10 Ом.

При II категории молниезащиты кроме отдельно стоящих или установленных на зданиях изолированных молниеотводов допускается использовать молниеприемную сетку, накладываемую на кровлю (неметаллическую или металлическую). Для этой категории импульсное сопротивление каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии (за некоторым исключением) не должно превышать для зданий и сооружений 10 Ом, а для наружных установок — 50 Ом. Для защиты от электростатической индукции специального заземления не делают, а используют систему защитного заземления электроустановок.

При молниезащите III категории импульсное сопротивление каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии (за исключением некоторых случаев) должно быть не более 20 Ом, а для труб, башен и вышек — не более 50 Ом. Защита от заноса высоких потенциалов осуществляется путем присоединения внешних наземных металлических конструкций и коммуникаций перед вводом в сооружение к заземлителю защиты от прямых ударов молнии или к защитному заземлению электрооборудования. Кроме того, на ближайшей к сооружению опоре нужно присоединять их к заземлителю с импульсным сопротивлением не более 20 Ом.