Прямой удар молнии вызывает следующее воздействия на объект:

• электрические, обуславливающие поражение людей электрическим током;

• термические, связанные с резким выделением теплоты при прямом контакте молнии с содержимым объекта и при протекании через него тока молнии;

• механические, вызванные ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии.

Вторичные проявления молнии связаны со следующими действиями на объект:

• возникновением перенапряжения (до сотен киловольт) в металлических конструкциях объекта за счет электростатической индукции;

• появлением в металлических контурах объекта ЭДС (до нескольких десятков киловольт) за счет электромагнитной индукции;

• образованием перенапряжения в металлических конструкциях при заносе высокого потенциала по вводимым в объект металлическим коммуникациям (проводам электропередач, трубопроводам и кабелям).

Тяжесть последствия удара молнии зависит от взрыво- или пожароопасности здания или сооружения, а также производства, осуществляемого на объекте.

Для реализации дифференцированного подхода к устройству молниезащиты все объекты разделены на три категории.

К первой, наиболее высокой, категории отнесены производственные помещения, в которых в нормальных технологических режимах могут находиться и образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений и жертв не только для данного объекта, но и для близрасположенных к нему. К таким объектам относятся автозаправочные станции, склады баллонов, газогенераторные.

Во вторую категорию попадают производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы. Сюда входят окрасочные участки, закрытые и открытые стоянки автомобилей, трансформаторные будки и др.

К третьей категории отнесены все прочие производственные объекты, не попавшие в первую и вторую категории.

Здания и сооружения первой и второй категорий должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные, надземные и подземные коммуникации. Объекты третьей категории защищаются от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные и надземные коммуникации.

Для зданий и сооружений с помещениями различных категорий устройство молниезащиты должно осуществляться по наиболее высокой категории.

Если площадь помещения наиболее высокой категории составляет менее 30 % общей площади всех помещений, то молниезащиту всего здания допускается выполнять по следующей более низкой категории.

Защита объектов от прямых ударов молнии выполняется молниеотводами трех типов: стержневыми (одиночными, двойными и многократными), тросовыми и сетчатыми, которые обеспечивают две защитные зоны А и Б.

Зона защиты молниеотвода – пространство, внутри которого объект защищен от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенного значения. Наименьшей и постоянной надежностью обладает поверхность зоны защиты. В глубине зоны защиты надежность выше, чем на ее поверхности.

Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5 % и выше, а типа Б – 95 % и выше.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус, вершина которого находится на высоте h₀. На уровне земли зона зашиты образует круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого объекта h_x представляет собой круг радиусом r_x.

Для одиночных молниеотводов высотой до 150 м параметры зон защиты в метрах рассчитываются по формулам:

Зона А:

h₀= 0,85 h; (9.16)

r₀=(1,1 – 0,002h)h; (9.17)

r_x=(1,1 – 0,002h)(h-h_x/0,85). (9.18)

Зона Б:

h₀=0,92h; (9.19)

r₀=1,5h; (9.20)

r_x=1,5(h-h_x/0,92); (9.21)

h=(r_x+1,63h_x/1,5). (9.22)

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой h не более 150 м представлена на рисунке 9.1. На рисунке показаны границы зон защиты: 1 – на уровне h_x 1 , 2 – на уровне земли.

Торцовые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, параметры которых h₀, r₀, r_x1, r_x2 определяются по формулам для одиночных стержневах молниеотводов

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие параметры ( в метрах):

Зона А ( при L ≤ h):

h_c=h₀; r_cx=r_x; r_c=r₀.

Зона А (при h < L ≤ 2h):

h_c= h₀-(0,17+3·10^-4h)(L-h); (9.23)

r_c=r₀;

r_cx=r₀(h_c-h_x)/h_c (9.24)

Зона А (при 2h < L  4h):

h_c=h₀-(0,17+3·10^-4h)(L-h); (9.25)

r_c=r₀(1-0,2(L-2h/h)); (9.26)

r_cx=r_c(h_c-h_c)/h_c. (9.27)

При L>4h зона А двойного стержневого молниеотвода представляет собой две зоны А двух одиночных молниеотводов.

Зона Б (при Lh):

h_c=h₀; r_cx=r_x ; r_c=r₀.

Зона Б (при h  L  6h);

h_c=h₀- 0,14(L-h); (9.28)

r_c=r₀;

r_cx=r₀(h_c-h_x)h_c. (9.29)

При L6h для построения зоны Б молниеотвода следует рассматривать как одиночные.

Зона защиты многократного молниеотвода рассчитывается как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов.

Зона А защиты сетчатого молниеотвода не устанавливается, внешний контур зоны Б рассчитывается по формуле r₀ = 1,7h, при этом размер h принимается для нижней точки контура сетки.

В целях защиты зданий и сооружений любой категории от прямых ударов молнии следует максимально использовать в качестве естественных молниеотводов существующие высокие сооружения (дымовые трубы, водонапорные башни, прожекторные мачты, воздушные линии электропередачи и т.п.), а также молниеотводы других близкорасположенных объектов.

В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать:

• все рекомендуемые ПУЭ заземлители электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1,0 кВ;

• железобетонные фундаменты зданий, сооружений, наружных установок, опор молниеотводов при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к закладным деталям с помощью сварки.

Искусственные заземлители следует располагать под асфальтовым покрытием или на газонах в удалении на 5 м и более от грунтовых проезжих и пешеходных дорог.

Проверка состояния устройств молниезащиты должна производиться для зданий и сооружений 1 и 2 категории один раз в год перед началом грозового сезона, для зданий и сооружений 3 категории – не реже одного раза в три года.

Проверке подлежит целостность и защищенность от коррозии доступных обзору частей молниеприемников и токоотводов и контактов между ними, а также значение сопротивления току промышленной частоты заземлителей отдельно стоящих молниеотводов. Это значение не должно превышать результаты соответствующих замеров на стадии приемки в эксплуатацию молниезащиты более, чем в 5 раз.

Защита АЗС от прямых ударов молнии должна выполняться отдельно стоящими стержневыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты типа А и предотвращающими термическое воздействие на объект при поражении молнией молниеотвода.

В качестве заземлителя отдельно стоящего молниеотвода рекомендуется использовать:

• один ( и более) железобетонный подножник с размерами в плане не менее 1,8×2,0 м, заглублений в землю не менее, чем на 2,2 м;

• одна (и более) заглубленная в землю не менее чем на 5 м железобетонная свая или стойка опоры длиной более 5 м и диаметром от 0,25 до 0,4 м;

• железобетонный фундамент произвольной формы с площадью поверхности контакта с грунтом не менее 10 м²;

• искусственный заземлитель, заглубленный в землю не менее чем на 0,5 м и состоящий из трех и более вертикальных стальных электродов длиной не менее 3 м и диаметром не менее 10 мм, соединенных стальной горизонтальной полосой 40×4 мм при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м.

Наименьшее допустимое расстояние по воздуху S_в, м от защищаемого объекта до опоры (токоотвода) стержневого молниеотвода должно быть равно для зданий и сооружений высотой не более 30м при эквивалентном удельном сопротивлении грунта ρ, Омм:

100; S_b=3;

1001000; S_b=3+10-2(-100), но не менее 4 м;

Для исключения заноса высокого потенциала в защищаемый объект по подземным и надземным коммуникациям должно быть выполнено следующее:

• заземлители молниеотводов должны быть расположены от подземных коммуникаций на расстоянии не менее, чем S_b+2 м;

• подземные и надземные коммуникации на вводе в здание должны иметь естественное или искусственное заземление;

• ввод в здание воздушных линий электропередачи напряжением до 1кВ, сетей телефона, радио, сигнализации должен осуществляться только кабелями длиной не более 50 м с металлической броней или оболочкой или кабелями, проложенными в металлических трубах.

Для защиты от вторичных проявлений молнии должны быть предусмотрены

следующие мероприятия:

• металлические конструкции и корпуса всего оборудования, находящиеся в защищаемом здании, должны быть присоединены к заземляющему устройству электроустановок;

• внутри здания между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их взаимного сближения на расстоянии не менее 100 мм следует приваривать через каждые 20 м перемычки из стальной проволоки диаметром не менее 5 мм или стальной ленты сечением не менее 24 мм².

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений СТОА с неметаллической кровлей должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты типа А при отдельном количестве поражений N молнией в год здания или сооружения N более одного и типа Б при N не более одного.

При установке молниеотводов на объекте от каждого стержневого молниеприемника или каждой стойки тросового молниеприемника должно быть обеспечено не менее двух токоотводов. При уклоне кровли не более 1:8 может быть также использована молниеприемная сетка.

Молниеприемная сетка выполняется из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм с ячейкой 6×6 м и укладывается на кровлю сверху или под несгораемые или трудносгораемые утеплитель или гидроизоляцию.

Установка молниеприемников или наложение сетки не требуется для зданий и сооружений с металлическими фермами и несгораемыми или трудносгораемыми утеплителем или гидроизоляцией в кровле, а также для зданий с металлической кровлей.

Токоотводы от металлической кровли или молниеприемной сетки должны быть проложены на расстоянии 25 м по периметру.

В качестве заземлителей следует использовать:

• железобетонные фундаменты зданий и сооружений;

• искусственные заземлители:

а) при стержневых и тросовых молниеприемниках – три и более вертикальных электрода диаметром 10…20 мм, длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом ( полосой сечения 4×40 мм) длиной не менее 10 м;

б) при молниеприемной сетке или металлической кровле – контур сечением 160 мм² по периметру объекта с двумя лучевыми горизонтальными или вертикальными электродами диаметром 10 мм в каждом месте присоединения токоотвода и контуру.

Защита зданий и сооружений СТОА от вторичных проявлений молнии осуществляется так же как и объектов 1 категории.

Стержневые и тросовые молниеприемники устанавливаются на опорах. Опоры выполняются в виде телескопических мачт из стальных труб, ферм из стального проката, железобетонных или деревянных мачт. Опоры должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов – с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузок.

Стержневые молниеприемники изготавливаются из стали любой марки сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм и защищаются от коррозии оцинкованием, лужением или окраской.

Наиболее пригодными для молниеприемников являются прутки и водогазовые трубы. При использовании трубы ее верхний конец заваривается, расплющивается или плотно закрывается металлической пробкой /30/. Установка молниеприемников на опорах осуществляется при помощи фланцев с болтовым соединением, стяжных планок, закладных закрепов или хомутов.

В качестве тросового молниеприемника используется обычно стальной оцинкованный спиральный канат марки ТК сечением 48,26 мм².

Сетчатые молниеприемники изготавливаются из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм при помощи сварки. Размер ячеек определяется требованиями защиты.

Токоотводы выполняются в, как правило, из стального проката (пруток, проволока, полоса) диаметром от 6 до 8 мм для круглого сечения и площадью 48…50 мм² при толщине 4 мм для прямоугольного сечения .

Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться сваркой, а при недопустимости огневых работ - болтовыми соединениями с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом.

Токоотводы, соединяющие молниеприемники с заземлителями, должны быть проложены кратчайшим путем без чрезмерной натяжки и закреплены к опорам или стенам зданий при помощи любых крепежных деталей и устройств.

Искусственные заземлители выполняются в виде соединенных сваркой горизонтальных и вертикальных электродов из стали любых марок.

Для горизонтальных электродов обычно используется полоса сечением не менее 48 мм² при толщине 4 мм или уголок того же сечения.

Вертикальные электроды изготавливаются из труб с толщиной стенки не менее 3,5 мм, прутов диаметром 10…20 мм и уголков сечением не менее 48 мм².

Для защиты от коррозии электроды подвергают цинкованию. Покрытие заземлителя битумом, краской или лаком запрещена, т.к. резко снижает эффект растекания тока в грунт.