Расчет и устройство молниезащиты зданий и сооружений

В последнее время наблюдается невиданный всплеск активности молнии. Это объясняется постоянным усилением развития электромагнитного смога, что возникает благодаря повсеместному использованию электроники и бытовой техники, средств коммуникации и связи. Поэтому молниезащита зданий и сооружений в наши дни приобрела особую популярность.

Содержание

• Зачем нужна молниезащита
• Видео: эксперт о системе молниезащиты зданий и сооружений
• Категории по условиям защиты
• Как работает система молниезащиты
• Молниеприемник для самых опасных зон
• Видео: принцип работы молниеприемника
• Функции токоприемника и заземлителя
• Расчет молниезащиты зданий и сооружений
• Видео: пример расчета для частного дома
• Выбор системы молниезащиты
• Схемы и расчеты

Зачем нужна молниезащита

Издревле молнию воспринимали как нечто непреодолимое и неизбежное, и от её разрушающего действия никто не мог уберечься. Впервые мир узнал об электрическом происхождении молнии в 1753 году благодаря опытам Франклина и разработке молниеотвода. Последующие идеи, связанные с усовершенствованием систем молниезащиты зданий и построек, положили начало новой эре неисчислимых разработок.

Молния отличается сокрушающими способностями, атмосферный разряд считается особо опасным для имущества и жизни человека. Растущие потребности в использовании чувствительной современной техники привели к тому, что внешняя среда стала чрезвычайно восприимчивой к воздействию разного рода перенапряжений.

Необходимость защиты от удара молнии

В семидесятые годы прошлого века некоторые зарубежные фирмы начали составлять проект молниезащиты и заниматься производством активных молниеотводов. Первые образцы оснащались источниками радиоактивного излучения, так как считалось, что благодаря радиоактивному излучению над молниеотводом способен образовываться канал ионизированного воздуха, увеличивающего высоту устройства, а, следовательно, и его защитное пространство.

Видео: эксперт о системе молниезащиты зданий и сооружений

Категории по условиям защиты

В нашей стране разработана и принята классификация сооружений и построек по условиям защиты от пагубного воздействия молнии зависимо от уровня опасности поражения разрядом и выбора соответственных мер защиты.

К первой категории причисляют постройки, в которых содержатся или в открытом виде перерабатываются взрывчатые вещества или где длительно хранятся или возникают систематически смеси газов, пыли и паров горючих веществ с воздухом и прочими окислителями, что способны взорваться от электрических искр.

Молниезащита промышленных зданий и сооружений — совокупность средств защиты отдельных узлов

Ко второй группе относят здания, где легковоспламеняющиеся или взрывчатые вещества находятся прочно закупоренными, а опасные смеси паров, пыли и газов с воздухом возникают исключительно во время неисправностей или аварий.

Все остальные сооружения, включая сельскохозяйственные строения и жилые дома, которые из-за разряда молнии могут пострадать от механического разрушения или пожара, представляют третью категорию. Молниезащита зданий регулируется стандартом МЭК 1024-1-1, которым установлено 4 категории молниезащиты, что имеют следующую эффективность: I — 98 %, II — 95 %, III — 90 %, IV — 80 %.

Как работает система молниезащиты

В основе разработки системы молниезащиты находиться принцип изменения траектории молнии. Не требуется никаких сложнейших устройств, чтобы удар молнии отвести от крыши, направив его в землю вдоль стены. Из действующих нормативов следует, что защита от молнии зданий представляет собой комплекс мероприятий, связанных с предотвращением негативных последствий грозового разряда.

Система молниезащиты зданий и сооружений включает внутреннюю и внешнюю цепи

К подобным последствиям относят: возникновение пожаров, механические разрушения, поражение людей током, выход электрического оборудования из строя. Для защиты сооружений и построек от попадания молнии выполняются системы внешней молниезащиты. С помощью соединяющих элементов из нержавеющей стали, меди и латуни может быть организовано устройство молниезащиты зданий и сооружений в разных комбинациях и вариантах.

Вся система состоит из токоотвода, молниепримника и заземлителя. Молниеприемник разряд принимает первым. Затем ток с помощью токоотвода отводится к заземлителю, призванному погасить его в грунте.

Молниеприемник для самых опасных зон

Защита строений от разрядов молнии совершается при помощи молниеотводов. Подобное устройство молниезащиты возвышается над защищаемым объектом, через которое отводится ток молнии в землю, минуя защищаемый объект.

Защитное действие молниеотвода базируется на свойстве молнии поражать самые высокие объекты, которые имеют надежную связь с землей. На молниеприемнике во время лидирующей стадии в разряде молнии накапливаются заряды, которые создают самые большие напряженности электрического поля между вершиной заземленного токоотвода и развивающимся лидирующим каналом молнии. На этом пути и формируется разряд.

Защищаемый объект, который является более низким, чем молниеприемник, располагаясь под ним или поблизости от него, оказывается заэкранированным и поэтому не поражаемым молнией. Пространство вокруг системы молниеотвода, что защищено от электрического разряда, называют зоной защиты.

Молниеприемное устройство защищает преимущественно те части здания, которые наиболее подвергаются опасности удара. Это касается коньков, краев, ребер и углов кровли сооружений и элементов, которые выступают над кровлей – антенны, каминные трубы. Защищаемое здание должно полностью находиться в зоне защиты молниеотвода. Так как пути разрядов достаточно непостоянны, защищенность сооружения обеспечивается только с некой степенью надежности, что составляет не больше 98%.

Видео: принцип работы молниеприемника

Функции токоприемника и заземлителя

Функцию связующего звена между заземлением и молниеприемником выполняет токоотвод. В целях уменьшения вероятности опасного искрения токоотводы размещают таким способом, чтобы между землей и точкой поражения ток растекался по параллельным путям, длина которых быть ограничена до минимума. От одного молниеприемника должно отходить хотя бы два токоотвода, которые изготавливаются из разных металлических проводников — меди, оцинкованной стали, алюминия и прокладываются по недоступным для прикосновения местам.

Тип заземления выбирается на основании проведенных расчетов молниезащиты

Третьим звеном молниезащитной системы выступает заземлитель, который призван защищать людей от высокого контактного напряжения и электрического тока молнии. Подобная система в себе сочетает заземлители и заземляющие проводы, которые соединены в одну замкнутую цепь. Расчет молниезащиты предполагает выбор вида заземления: очаговое заземление, контурное заземление вокруг постройки, глубинное заземление, глубинное и контурное заземления с выпусками молниеприемной части под токоотводы. Обычно заземлитель помещается в землю на глубину 1-2 метров. Выбирая заземлитель, внимание стоит остановить на куске трубы из металла или стальном листе.

Расчет молниезащиты зданий и сооружений

Расчет молниезащиты производится на основе количественной оценки возможности поражения разрядом защищаемой постройки, расположенной на равнинной местности с однородными грунтовыми условиями. Определяется приблизительное число поражений объекта в год.

Зависимо от категории системы молниезащиты и ожидаемого числа поражений молнией определяется тип защитной зоны, рассчитываются расстояния между взятыми попарно молниеотводами и вычисляются параметры зон защиты на определенной высоте от земли.

Расчет молниезащиты для зданий и сооружений

Для оценки грозовой активности в разных районах страны применяется карта распределения среднего количества грозовых часов в году, на которой имеются линии равной длительности гроз или информация местной метеорологической станции. Проектирование молниезащиты также осуществляется зависимо от площади объекта.

Видео: пример расчета для частного дома

Выбор системы молниезащиты

Вид защиты определяется, исходя из таких параметров строения: высоты здания, типа крыши, архитектурных особенностей постройки, кровельных материалов. Молниезащита металлической кровли, как правило, осуществляется по классическому варианту защиты от громового разряда, что был изложен выше. Токоотвод в целях безопасности лучше прокладывать по противоположной входу стене, а заземлитель рекомендуется размещать подальше от строений и фундамента.

Для шифера и дерева потребуется совсем иная система молниезащиты. С помощью двух деревянных подпорок металлический трос прокладывается вдоль кровельного конька по периметру крыши. К молниеприемнику припаивается один конец токоотвода, а другой опускается вдоль стены с крыши к листу стали, выполняющему роль заземлителя. Токоотвод можно также пропустить через водосток. От входа подобная система должна размещаться на расстоянии не меньше трех метров.

Подбор системы молниезащиты для жилого дома

Следуя советам специалистов, монтаж молниезащиты для здания, покрытого черепицей, рекомендуется выполнять в виде специальной стальной сетки из проволоки, что имеет диаметр около 6 миллиметров. Шаг ячейки должен быть равен 6 на 6 метров. Токоотвод непосредственно припаивается к сетке, а потом спускается к заземлителю — закопанной в землю стальной пластине. Способ защиты построек с помощью клетки Фарадея применяется по отношению к небольшим сельским постройкам, современным кирпичным и железобетонным коттеджам, что имеют кровлю из оцинкованного железа, которое собирается кровельным швом.

Схемы и расчеты



Таким образом, молниезащита зданий предоставляет такие преимущества:

• обеспечение защиты от громового разряда без нарушения архитектурной целостности и индивидуальности построек;
• применение в жилых и промышленных строениях на любом этапе работ;
• минимальный срок реализации данного проекта;
• антикоррозионные свойства материала, используемого для ее изготовления, что обеспечивает продолжительный срок полезной эксплуатации;
• ступенчатая защита всех типов информационных и силовых сетей, а также потребителей