Интенсивность грозовой деятельности

Ч/год	10-20	20-40	40-60	60-80	80 и более
n

Молниезащита представляет собой комплекс мероприятий, направленных на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение опасных последствий, связанных с прямым ударом; к этому комплексу относятся также средства защиты, предохраняющие объект от вторичных воздействий молнии и заноса высокого потенциала.

Для приема электрического разряда молнии (тока молнии) служат устройства-молниеотводы (рис.1), состоящие из несущей части (например, опоры), молниеприемника (металлический стержень, трос или сетка токоотвода) и заземлителя. Каждый молниеотвод в зависимости от его конструкции и высоты имеет определенную зону защиты, внутри которой объекты не подвержены прямым ударам молнии.

Все объекты первой категории должны иметь молниезащиту как от прямых ударов молнии, так и вторичных ее воздействий и заноса опасных потенциалов через коммуникации.

Объекты второй категории защищают в районах со средней грозовой деятельностью 10 грозовых часов в год и более, а объекты третьей категории – 20 грозовых часов в год и более.

Для устройств молниезащиты первой категории от прямых ударов молнии применяют отдельно стоящие стержневые и тросовые молниеотводы или изолированные стержневые молниеотводы, установленные на самом здании.

Для зданий высотой более 30 м допускается осуществлять защиту от прямых ударов молнии путем установки на защищаемом здании или сооружении неизолированных стержневых или тросовых молниеотводов, обеспечивающих достаточную зону защиты или путем наложения на металлическую кровлю здания молниеприемной сетки или использования в качестве молниеприемника металлической кровли.

Защита зданий и сооружений от прямых ударов осуществляется молниеотводами, состоящими из молниеприемников 1, воспринимающих непосредственно на себя разряд молнии, заземляющих устройств 3, служащих для отвода тока молнии в землю и токоотводов 2, соединяющих молниеприемники с заземлителями. При ударе молнии разряд атмосферного электричества проходит через молниеотвод, минуя защищаемое здание или сооружение (рис.4).

Для защиты больших площадей, а также для большей надежности зоны защиты применяют многократные стержневые молниеотводы.

Стержневой (диверторный) молниеотвод может быть одиночным – с одним стержнем, а двойной – с двумя отдельно стоящими стержнями и многократный – с тремя и более отдельно стоящими, образующими общую зону защиты.

Тросовый молниеотвод может быть одиночный, состоящий из одного троса (антенны), закрепленного на двух опорах, по каждой из них прокладывается токоотвод, присоединенный к отдельному заземлителю у основания, и двойной, состоящий из двух одиночных тросовых молниеотводов одинаковой высоты, расположенных параллельно и действующих совместно, образующих общую зону защиты. Зоны защиты молниеотводов приведены в табл.3.

Молниеприемники изготавливаются преимущественно из стали. Длина стержневых молниеотводов от 200 до 1500мм, площадь сечения не менее 100мм².

Токоотводы изготавливают из стальной проволоки сечением 35мм² из многожильного троса или стали любого профиля или марки.

Молниеприемники тросовых молниеотводов изготавливают из стального многожильного оцинкованного троса сечением не менее 35мм² (диаметром 7 мм). В качестве молниеприемников можно использовать металлические конструкции защищаемых объектов: трубы, дефлекторы, крыши зданий, решетки и др. конструкции, возвышающиеся над объектом. В табл.4 приведены параметры молниеприемников, токоотводов и электродов заземлителей.

Таблица 4

Зоны защиты молниеотводов

Тип молниеотвода и габариты зоны защиты Расчетные уравнения габаритов

Зона А Зона Б

1. Одиночный стержневой молниеотвод высотой h≤150м (рис.2)

Высота зоны защиты h₀ над землей, м

Радиус зоны защиты r₀ на уровне земли, м

Радиус зоны защиты r_x на высоте h_x над землей, м

2. Двойной стержневой молниеотвод, состоящий из двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты h≤150м, отстоящих один от другого на расстоянии l, м (рис. 3)

Высота зоны защиты h_c над землей в середине между молниеотводами, м при -

при -

при -

при -

Ширина зоны защиты 2r_c на уровне земли в середине между молниеотводами, м

Ширина зоны защиты 2r_сх на высоте h_х, м, в середине между молниеотводами, м при -

при -

при -

при -

3. Одиночный тросовый молниеотвод высотой h≤150м с опорами, отстоящими одна от другой на расстоянии а, м (рис.4)

Высота зоны защиты h₀, м

Радиус торцевых областей зоны защиты r₀ на уровне земли, м

Ширина зоны защиты на участке между опорами S₀ на уровне земли, м

Радиус торцевых областей зоны защиты r_хна высоте h_x над землей, м

Ширина зоны защиты на участке между опорами S_х на высоте h_x над землей, м

Примечание: 1. Зона защиты молниеотвода – часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5%, а зона типа Б – 95% и выше. 2. К п.1 для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных h_x и r_х может быть определена по формуле: . 3. К п.2. Торцевые области обеих зон защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Габариты h₀, r₀, r_х1, r_х2 определяются по формулам п.1 данной таблицы. 4. К п.2. Зона А существует при l≤3h, зона Б – при l≤5h, если стержневые молниеотводы находятся на расстоянии l>5h, их надо рассматривать как одиночные. При известных h_си l (при r_c_х =0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле: .

5. К п.3. Расстояние h, м от стального троса сечением 35-50 мм² до поверхности земли в точке его наибольшего провеса равно: (при а <120м) (при а=120-150м). 6. К п.3. Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных h_x и r_х определяются по формуле: . 7. Зона защиты многократного стержневого молниеотвода равной высоты определяется как зона зашиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов.

Конструкция молниеотводов

Опоры стержневых и тросовых молниеотводов как отдельно стоящих, так и устанавливаемых на защищаемом объекте, могут быть деревянными, металлическими и железобетонными (рис.5).

Деревянная опора обычно состоит из основной стойки и пасынков, выполненных из дерева или железобетона (последние предпочтительнее). Деревянные части, особенно подземные, антисептируют. Высота такого молниеотвода редко превышает 25 м. Опору зарывают в землю на 0,1-0,2 ее полной высоты в зависимости от грунта. Диаметр бревна в верхнем срубе должен быть не менее 100 мм (рис.6а).

Металлическую опору для молниеотвода высотой 20-75 м (рис.6б) чаще всего выполняют в виде жесткой решетчатой конструкции. Ее устанавливают на четырех железобетонных подножках, наверху к ней приваривают молниеприемник и предохраняют от коррозии регулярной окраской. Такой молниеотвод не требует специального токоотвода, так как сам хорошо проводит ток.

Железобетонные опоры могут быть различной формы (рис.6в), арматура в них – частично или полностью предварительно напряженная. Бетон может быть вибрированным или центрифугированным. На вершине опоры устанавливают молниеприемник и соединяют с токоотводом, который прокладывают по опоре. В некоторых случаях молниеприемник соединяют с арматурой, используемой в качестве токоотводов.

Для тросовых молниеотводов можно использовать те же опоры, но иногда требуется повышать их устойчивость оттяжками или подкосами. Выбор того или иного материала опор обусловливается в основном необходимой высотой молниеотводов, расчетными механическими нагрузками, а также экономическими соображениями.

Молниеотводы, устанавливаемые на сооружении, делятся на настенные и кровельные. Первые применяют чаще, их молниеприемники изготовляют из трубы или угловой стали и закрепляют посредством скоб, хомутов или кронштейнов. Молниеприемники кровельные (рис.6д) чаще всего выполняют из труб разного диаметра и снабжают фланцами для крепления к крыше при помощи болтов. Дополнительная устойчивость достигается посредством оттяжек из полосовой или угловой стали. Высота таких молниеприемников колеблется от 5 до 10 м.

Молниеприемники стержневые изготавливают из покрытой антикоррозионной защитой (оцинковывание, лужение, покраска) полосовой, круглой и угловой стали или из некондиционных водогазопроводных труб. Конец трубы сплющивают или надежно закрывают металлической пробкой. Наименьшее сечение молниеприемника должно быть 100мм².

В качестве молниеприемников можно использовать дымовые, выхлопные и другие металлические трубы объекта, дефлекторы (если они не выбрасывают горючие пары и газы), кровлю и другие металлические элементы сооружений.

Молниеприемники, выполненные в виде сетки, сваренной из круглой стали диаметром 6-8мм или полосовой стали сечением не менее 48мм², укладывают на кровлю под гидро- и теплоизоляцию (если они несгораемые). Это не затрудняет сток воды с кровли и очистку от снега. Шаг ячейки берут для зданий II категории 6x6м, а для зданий III категории - 12x12м.

Тросовый молниеприемник выполняют из стального многопроволочного или только оцинкованного троса диаметром до 7мм (сечение не менее 35мм²).

Токоотводы молниеотводов применяют для соединения молниеприемников с заземлителями из стали любого профиля. Их рассчитывают на пропускание полного тока молнии без нарушений и существенного перегрева. Они должны быть оцинкованы, пролужены или окрашены для предупреждения коррозии. Наименьшее сечение токоотводов, выполненных из угловой и полосовой стали и расположенных вне сооружения на воздухе, должно быть 48мм², для расположенных внутри – 24мм², а круглые токоотводы должны иметь наименьший диаметр 6мм. Токоотводами могут служить: арматура железобетонных конструкций; направляющие лифтов; пожарные лестницы; водопроводные; водосточные и канализационные трубы; колонны; стенки резервуаров; электрически надежно связанные по всей длине.

Соединения токоотводов, специальных и естественных, должны быть сварными (внахлест).

Заземлитель молниезащиты – один или несколько заглубленных в землю проводников, предназначенных для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений, возникающих на металлических корпусах, оборудовании, коммуникациях при близких разрядах молнии. Они бывают одиночными (простыми) и сложными (комбинированными). К первым относятся трубы, электроды из круглой, полосовой, угловой и листовой стали, железобетонные подножники и сваи, сложные образуются из комбинаций простых.

Искусственные заземлители - специально проложенные в земле контуры из полосовой или круглой стали, сосредоточенные конструкции, состоящие из ъертикальных и горизонтальных проводников.

Естественные заземлители - заглубленные в землю металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений.

Таблица 4

Размеры молниеприемников, токоотводов и электродов заземлителей

№ п/п Форма и материал молниеприемников, токоотводов и электродов Наименьшее допустимое значение

Молниеприемники

Стержень (для стержневых молниеотводов) из стали любых марок или другого металла: длина, мм площадь сечения, мм²

Трос (для тросовых молниеотводов) стальной многопроволочный оцинкованный сечение, мм² диаметр, мм

Токоотводы

Сталь круглого сечения диаметром, мм

Полосовая сталь: площадь сечения, мм² толщина, мм

Электроды заземлителей

Прутковая сталь диаметром, мм

Полосовая сталь: площадь сечения, мм² толщина, мм

Уголковая сталь: площадь сечения, мм² толщина полки, мм

Труба стальная с толщиной стенки, мм 3,5

Заземлители молниезащиты

Заземлители молниезащиты изготавливают из стали любого профиля сечением не менее 100мм², из угловой или полосовой стали толщиной не менее 4мм, из стальных труб диаметром 30-60 мм и толщиной стенок не менее 3,5. Заземлители прокладываются па расстоянии не менее 5м от дорог в местах малодоступных для людей и животных, чтобы не вызвать при грозовых разрядах шагового напряжения. Глубина заложения заземлителей от 0,5 до 3м типовые конструкции заземлителей молниезащиты и их сопротивления растеканию тока приведены в табл.5.

Наименьшее допустимое расстояние S_в по воздуху от защищаемого объекта до опоры (токоотвода) стержневого или тросового молниеотвода (рис.6,7) определяется в зависимости от высоты здания, конструкции заземлителя и эквивалентного удельного сопротивления грунта. Для зданий и сооружений высотой не более 30 м наименьшие допустимые расстояния определяют по табл. 6.

Таблица 5