2.3.3. Способы и средства молниезащиты

Рассмотрим способы и средства обеспечения молниезащиты, общие для объектов всех категорий и назначения.

Способы и средства молниезащиты в основном обусловливаются видом воздействия грозового разряда на объект и практически не зависят от категории и назначения объекта. Так, например, для любого объекта защита от прямых ударов молнии основана на использовании экранирующего действия специальных устройств – молниеотводов, а защита от заноса высоких потенциалов по металлическим коммуникациям предусматривает создание условий, при которых обеспечивается либо надежная изоляция объекта и его элементов от зоны действия канала разряда, либо снижение этих потенциалов до безопасных значений. В то же время конструктивное выполнение и параметры, определяющие надежность работы средств молниезащиты, зависят от требований РД34.21.122-87, предъявляемых к устройствам молниезащиты объектов в зависимости от их категории и назначения. Последнее обстоятельство более подробно рассматривается ниже.

Защита объектов от прямых ударов молнии. Прямой удар – наиболее опасное проявление грозового разряда с точки зрения поражения объектов. Данные о пожарах, вызванных грозовыми разрядами, подтверждают, что непосредственной причиной их возникновения чаще всего является прямой удар молнии.

От прямых ударов молнии объекты защищают молниеотводами различных типов и конструкций. Молниеотвод любого типа состоит из молниеприемника, предназначенного для непосредственного приема удара молнии, токоотвода, обеспечивающего отвод тока молнии к заземлению, и заземлителя, отводящего ток молнии в землю. Для крепления молниеприемников и токоотводов предназначены несущие конструкции опоры.

Принцип действия молниеотводов основан на использовании свойства избирательности поражений молнией более высоких и хорошо заземленных предметов. Поэтому необходимо, чтобы молниеотвод возвышался над защищаемым объектом и имел достаточно хороший контакт с землей. Молниеотвод создает условия для ориентации лидерного разряда в направлении вершины молниеотвода за счет подтекания зарядов с земли и создания наибольшей напряженности электрического поля на пути между развивающимся ли-

66

дерным каналом и вершиной молниеотвода. Таким образом, молниеотвод как бы «собирает» на себя грозовые разряды, возникающие в определенной зоне вокруг него, и тем самым экранирует расположенные поблизости от него более низкие объекты.

Пространство вокруг молниеотвода, защищенное от прямых ударов молнии, называется зоной защиты молниеотвода. Защищаемый объект должен полностью входить в зону защиты. Не следует забывать, что направление разряда молнии определяется еще многими, трудно поддающимися учету факторами, поэтому можно говорить о защищенности объекта лишь с определенной степенью надежности. Чем глубже расположен объект в зоне защиты молниеотвода, тем выше надежность его защиты.

В зависимости от категории здания по устройству молниезащиты и ожидаемого числа поражений молнией в год требуется, чтобы объект полностью располагался в зоне защиты типа А или Б. Наименьшей и постоянной по величине степенью надежности обладает поверхность зоны защиты; по мере продвижения внутрь зоны надежность увеличивается. Зона защиты типа А обладает степенью надежности (на ее границе) не ниже 99,5%, а зона защиты типа Б – не ниже 95%. Это очень высокая степень надежности. Прорыв молнии в зону защиты типа А возможен только в пяти случаях из 1000 ударов, а в зону защиты типа Б – в пяти случаях из 100.

На практике применяют следующие типы молниеотводов: стержневые (рис. 2.2), тросовые (рис. 2.3) и сетчатые (рис. 2.4).

A

l

SЗ Металлические коммуникации

Рис. 2.2. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод

67

Рис. 2.3. Отдельно стоящий тросовый молниеотвод

Молниеприемник

Токоотводы

Заземлитель

Рис. 2.4. Молниеприёмная сетка на кровле защищаемого объекта

Защищаемые

объекты

Рис. 2.5. Отдельно стоящий тросово-стержневой молниеотвод

68

Для молниезащиты одного или группы строений обычно применяют молниеотводы одного типа, но в ряде случаев целесообразно использоватькомбинированныетипымолниеотводов,напримертро- сово-стержневой (рис. 2.5).

Стержневые и тросовые молниеотводы можно устраивать отдельно стоящими или устанавливать на защищаемом объекте. Это зависит от требований РД34.21.122-87 или из соображений их рациональности в тех случаях, когда представляется возможность выбора.

Кроме этого, молниеотводы подразделяют на одиночные, двойные и многократные. Двойными и многократными стержневыми или тросовыми молниеотводами являются соответственно два или три и более молниеотвода, расположенных не на одной прямой, зоны защит которых взаимодействуют между собой.

Для строений II и III категорий большое распространение получил способ защиты от прямых ударов молнии путем наложения молниеприемной сетки на плоскую неметаллическую кровлю или использования в качестве молниеприемника металлической кровли строения.

Весьма важным элементом молниеотвода является его заземляющее устройство, т.е. специальная металлическая конструкция, расположенная в земле. Заземляющее устройство молниезащитного назначения служит для безопасного отвода тока молнии в землю и характеризуется величиной переходного сопротивления, оказываемого растеканию тока молнии в земле, или так называемого импульсного сопротивления RИ. Следует отметить, что величина импульсного сопротивления заземлителя RИ может существенно отличаться от величины сопротивления этого же заземлителя растеканию тока промышленной частоты R, измеряемой общеизвестными приборами.

Защита от заноса высоких потенциалов. В помещение объ-

екта высокие потенциалы могут заноситься по подземным и наземным протяженным металлическим коммуникациям. Появление высокого потенциала на металлических коммуникациях защищаемого объекта чаще всего происходит в результате воздействия на них вне пределов объекта грозового разряда (прямой удар, электромагнитная или электростатическая индукция).

69

Кроме того, при выполнении защиты объектов отдельно стоящими молниеотводами с обособленными заземлителями возможен перенос высокого потенциала на коммуникации (а также и на другие конструкции объекта) с элементов молниеотводов по воздуху, дереву и в земле, так как в момент прямого удара все элементы молниеотвода приобретают весьма высокий потенциал порядка сотен тысяч вольт.

Для защиты объектов от заноса высоких потенциалов существуют следующие способы:

–обеспечение безопасных (т.е. исключающих возможность электрического пробоя по воздуху, дереву, в земле) расстояний между всеми элементами отдельно стоящего молниеотвода (молниеприемником, токоотводом, заземлителем) и защищаемым объектом с входящими в него подземными и наземными коммуникациями (трубопроводы и электрические кабели, проложенные на эстакадах,

вземле, каналах или туннелях);

–надежное заземление подземных и наземных металлических коммуникаций.

Для исключения электрического пробоя по воздуху между молниеприемником, токоотводом отдельно стоящего молниеотвода и объектом, включая входящие в него наземные коммуникации, необходимо, чтобы расстояния между ними были не меньше определенных допустимых значений. Наименьшие допустимые расстояния

SВ по воздуху выбирают в зависимости от величины импульсного сопротивления RИ заземлителя молниеотвода и длины участка молниеотвода от рассматриваемой точки до заземлителя. Расчетными выбирают точки А иС (рис. 2.2 и 2.3). Следовательно, при определении расстояния следует рассматривать длину пути тока молнии по мол-

ниеотводу, равную l для стержневого и l2, l3 = l1 + 0,5l – для тросового молниеотвода.

Наименьшие допустимые расстояния по воздуху SВ при защите объектов отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами принимают по кривым на рисунках 2.6–2.8.

Иногда в целях экономии на сооружение опоры молниеотвода его устанавливают на защищаемом объекте на деревянной стойке, а токоотвод располагается в воздухе (изолированный молниеотвод).

В этом случае наименьшее допустимое расстояние по дереву SД (т.е. длина стойки от ближайшей точки крепления токоотвода до

70

крыши объекта) определяют аналогичным образом по кривым на рисунке 2.6. При этом в качестве длины l следует рассматривать длину токоотвода l' от нижней точки его крепления на деревянной стойке до заземлителя.

Рис. 2.6. Наименьшие допустимые расстояния Sв между стержневым (отдельно стоящим или изолированным от защищаемого объекта диэлектрической стойкой) молниеотводом и защищаемым объектом

Рис. 2.7. Наименьшие допустимые расстояния между тросом в середине пролёта и защищаемым объектом

71

Рис. 2.8. Наименьшие допустимые расстояния между токоотводом на опоре тросового молниеотвода и защищаемым объектом при l = 50 + 200 м, l1 = 40 м

Для исключения электрического пробоя в земле между заземлителем отдельно стоящего молниеотвода и подземными металлическимикоммуникациямииэлементамизащищаемогообъектанеобходимо обеспечить наименьшие допустимые расстояния в земле SЗ в местах их наибольшего сближения.

Расстояния SЗ, м (см. рис. 2.2 и 2.3), определяют по формулам:

SЗ = 0,5RИ – для стержневого молниеотвода;

SЗ = 0,3RИ – для тросового молниеотвода,

где RИ – импульсное сопротивление заземлителя защиты от прямых ударов молнии, Ом. Расстояние SЗ должно быть не менее 3 м.

Требования обеспечения допустимых расстояний SВ и SЗ между отдельно стоящими молниеотводом и объектом строго обязательны только для объектов I категории.

Для защиты заноса высоких потенциалов по подземным и наземным металлическим коммуникациям, вызванных действием на

72