Высота молниеприемника на кровле
Молниеприемная сетка на плоской кровле: подробно о правилах и принципах устройства молниезащиты
Защитой дач, гаражей и загородных домов от грозовых разрядов наше государство пока не занимается. О средствах предотвращения возгорания частной собственности от молний хозяин заботится сам. Самостоятельно выбирает тип защитной системы, чаще всего сооружает ее собственными руками.
В обустройстве плоских крыш это дело не слишком заковыристое, хотя и требующее подробных сведений об основных технологических принципах. Домашнему умельцу следует досконально знать, как устроена молниеприемная сетка на плоской кровле, какие правила необходимо соблюдать для безукоризненной работы итога усилий.
Содержание
Предпосылки для сооружения молниезащиты
О реальных фактах разрушения жилых домов и хозяйственных строений в результате поражения молнией мы слышим довольно редко. Правда это не повод расслабляться и пренебрегать мерами защиты от природного негатива.
Каждый удар представляет собой серьезную угрозу для владельцев частной усадьбы и их питомцев, даже если конкретные воздействия поначалу не обнаружены.
От ударов молнии могут пострадать:
Токи молнии не угрожают металлическим проводникам сечением от 35мм?. Не страшны они металлоконструкциям, детали которых надежно соединены между собой металлической связью и нижние элементы заземлены.
Например, металлическая обрешетка связана сваркой с арматурой железобетонных стен, а она в свою очередь связана с арматурой фундамента. Элементы кровли принимают разряд, распределяют его и переправляют арматурным пруткам стен. Затем токи передаются арматуре фундамента, который с облегчением отправляет их в землю.
Кроме арматуры фундамента передачу молниевых разрядов земле могут осуществлять проложенные в грунте металлические трубопроводы и кабели в металлических гильзах.
Устройство защиты от молнии
Выяснили, что для защиты строений от ударов молнии, необходимо соорудить систему. Называется она молниеотводом и включает три равных по значению части:
- Молниеприемник – устройство, воспринимающее непосредственно разряд молнии.
- Токоотвод – система металлических линейных деталей, принимающих токи от молниеприемника и передающих их заземлению. Элементами токоотвода могут служить уже упомянутые прутки арматуры, металлические трубы водостока и т.п.
- Заземлитель – линейный или замкнутый металлический контур. Состоит он из забитых в грунт вертикальных штырей, соединенных прутком или полосой. Заглубляется заземлитель минимум на 0,5м. Длину штырей и расстояние между ними определяют расчетными методами.
Молниеотвод постройки любого архитектурного типа обязан включать все три перечисленных части, иначе в устройстве системы не будет малейшего смысла. Различия заключаются в типе составляющих, зависящем от конфигурации крыши и здания.
Например, скатные кровли защищают от молнии посредством установки стержневых приемников. Над вытянутыми домами устраивают молниеотводы с тросовыми приемниками. Применение указанных разновидностей несколько портит архитектурный ансамбль, но в итоге оказывается наиболее экономичным.
Особенности молниеотводов плоских крыш
Защиту от молнии домов и хозяйственных построек с плоской крышей производят по стандартной, проверенной на практике схеме:
- Молниеприемник выполняют в виде сетки из горизонтально уложенной круглой стали ? 6-8мм. Вместо катанки может использоваться стальная полоса сечением 4x20мм. В качестве ветвей молниеприем
- Токоотводом служат соединенные с заземлением металлические проводники из круглой стали ? не менее 6мм. подземная часть выполняется из проката ? 10мм. Элементами отведения токов на плоских крышах могут служить трубы и арматура, если применение ее в качестве токоотвода учитывалось при проектировании строения. Рекомендованное расстояние между токоотводами 25м.
- Система заземления представляет собой замкнутый контур, охватывающий защищаемый объект по периметру. Расстояние между контуром заземления и стеной дома с плоской крышей не более 1м.
Молниеприемником плоской крыши может служить металлическая кровля, соединенная с металлической обрешеткой или напрямую с токоотводами металлической связью. Для подобных схем подходят только металлические кровли, соединенные фальцами. В подобных случаях для устройства защитной сетки нет причин, но это совершенно другая, «покровная» история.
Профилированные листы с защитным покрытием и металлочерепица исключены из числа возможных вариантов из-за отсутствия соединений, достаточных для прохождения токов, а также из-за влияющей на свойства материала полимерной оболочки.
Подробно о сетчатых приемниках разрядов
Устройство сетчатого молниеприемника можно провести в процессе строительства или смонтировать защитную систему после укладки покрытия.
Вариант №1 возможен, если применяется негорючий утеплитель, гидроизоляция и покрытие. Сетка укладывается под водозащитную прослойку. Схема реализации молниеотвода подобного типа разрабатывается на стадии проектирования.
Вариант №2 используется без ограничений. Его устройство практически не влияет на внешний вид дома. Сетка укладывается поверх покрытия, фиксируется в специально для нее разработанных держателях. В случае сооружения молниезащиты мягкой кровли держатели обеспечивают дистанционный зазор в 10-12см между возгораемым материалом и проводником молниеприемника.
Первая схема предопределяет устройство защитной сетки по плитам перекрытия перед укладкой кровли. Для соединения ветвей сетки с арматурой стен или колонн в швы между плитами кровли устанавливаются соединительные приспособления, к которым с одной стороны приваривается сетка, а с другой арматура. В сооружении молниеотводной системы подобного типа используется только сварка.
Вторая схема предполагает установку элементов приемника поверх кровли. Элементарный проект ей тоже нужен, чтобы предусмотреть возможность чистки зимних осадков и беспрепятственного стока дождевой воды. Металлические элементы системы обязательно защищаются от коррозии.
Молниеотводы с сетчатыми приемниками рекомендовано устраивать на крышах с уклоном 4? к внутреннему или наружному водостоку. Нередко сетчатые системы комбинируются со стержневыми собратьями, которые монтируются в углах постройки и в местах пересечения проводников.
Правила сооружения молниеприемной сетки
Сознаемся, что с реализацией первого варианта у большинства домашних мастеров наверняка возникнут проблемы. Ведь надежные сварные соединения обязаны безупречно связать сетку с арматурой стен и фундамента.
Общие правила монтажа молниеприемной сетки:
- Ветви молниеприемника укладываются перпендикулярно, образуя ячейки с равными сторонами.
- В соответствии с регламентом МЭК (Международной электротехнической комиссии) шаг между ветвями сетки над жилыми домами не должен превышать 12м, над гаражами с хранением топлива до 5м. Отечественные требования несколько мягче: 15м и 7м. Однако желательно придерживаться международных нормативов.
- Все возвышающиеся над уровнем устройства должны быть оборудованы дополнительными стержневыми приемниками. Это трубы и мачты антенн, которые следует присоединить к общей сети.
- В приоритете сварные соединения, но допускаются и болтовые аналоги. Особенно, если для их устройства используются универсальные плашечные зажимы, ощутимо облегчающие монтажные процедуры.
- Ветви сетчатого приемника рекомендовано присоединять к токоотводу с каждой стороны.
Более жесткий регламент МЭК диктует оснащать стержневыми приемниками каждое крестовое соединение сетки. Высоту стержня требует принять 25см. Токоотводы предписывает заземлять двумя заземляющими прутками и устанавливать на них разъемные плашечные контакты для проверочных операций. Сомнений нет, пора привыкать к международным нормам, но в противоречия с ними зачастую вступают наши финансовые возможности.
Отечественные стандарты за номером РД34.21.122-87 не выставляют столь драконовских притязаний, а сооруженные в соответствии с ними системы пока не дают сбоев. Не исключено, что у нас не слишком навороченный молниеотвод работает у нас хорошо по причине умеренной грозовой нагрузки. Жителям южных регионов отечества все же лучше ориентироваться на международные нормативы.
Вспомним, что в ряду покрытий для плоской крыши есть возгораемые и невозгораемые материалы. Классифицируем их согласно горючему признаку и разберем наиболее распространенные схемы.
Молниеприемная сетка по несгораемому основанию
К категории несгораемых оснований относится бетонная стяжка, кровельный оцинкованный профнастил, сэндвич панели и гравийная засыпка, применяемая в качестве балласта в инверсионных кровельных системах.
В зависимости от типа несгораемого основания выбирается схема монтажа молниеприемной сетки:
Максимальный шаг установки держателей не должен превышать 1м для всех перечисленных схем.
Сооружение молниеотвода с сетчатым проводником не рекомендуется устанавливать на металлические кровли, выполненные из материала тоньше 4мм. Прямой удар в покрытие может запросто его прожечь.
Потому кровли из тонкого профлиста принято оснащать сеткой на дистанционных держателях, зона защиты которых все же побольше, чем у контактирующих с кровлей приспособлений.
Сетчатый приемник по сгораемому основанию
К ним отнесем кровельные покрытия слабогорючей категории и материалы, поддерживающие горение, потому что беспрекословно возгораемые материалы в строительстве не используются. В списке опасных по критериям горения покрытий плоских крыш числятся битумные и битумно-полимерные гидроизоляционные материалы и полимерные мембраны – т.е. мягкие кровли.
Для того чтобы исключить прямой контакт приемника молниевого разряда с битумным и полимерным покрытием, применяются так называемые дистанционные держатели. Суть конструкции несложных приспособлений заключается в том, что между поверхностью крыши и веткой сетки создается воздушный промежуток, достаточный для затухания возможной искры.
Согласно предписаниям СО 153 3.2.2.4. расстояние это должно быть не меньше 10см. Требования МЭК указывают на необходимость применять в расчетах изоляционные коэффициенты материалов, указанные литерами km.
Изоляционные промежутки создаются с помощью вертикальных стержней, входящих в комплект дистанционных держателей. Фиксируются они в пластиковой подставке, на которую водружают бетонный утяжелитель. Задачу крепления провода решает втулка, завершающая крепежное устройство.
Алгоритм устройства молниеприемной сетки с дистанционными держателями на мягкой кровле:
- Производим разметку площадки работ согласно разработанному проекту. Держатели устанавливаются через 1м вдоль линий, соответствующих ячейкам сетки. Максимальное расстояние между приспособлениями 1,2м, возможность увеличения оговаривается в инструкции производителем. Проектная разработка должна учитывать, что участки подключения ветвей к токоотводам и токоотводов к заземлению должны быть минимальными. Не забываем, что функцию ветки может выполнить металлический щиток парапета и подобные длинномерные металлические детали.
- Стержни, сделанные из стеклопластика, обрезаем или обрубаем на заранее рассчитанную величину, требующуюся для формирования воздушного изоляционного зазора.
- Согласно разметке производим установку пластиковых подставок, центр которых обязан совпасть с отмеченной точкой. В случае обустройства кровли из полимерной мембраны под каждую подставку укладываем резиновую прокладку, чтобы тяжелые детали не повредили покрытие.
- На подставки укладываем бетонные утяжелители.
- В каналах, расположенных в центре подставок, свободно располагаем обрезанные стержни.
- Верхушки стержней оснащаем крепежными устройствами с втулками, рассчитанными на фиксацию провода ? до 8мм.
- Прокладываем ветви молниеприемной сетки, элементарно защелкивая их во втулках держателей.
Выступающие над поверхностью трубы и мачты антенн должны иметь электрическую связь с молниеотводом. Их оборудуют стержневыми приемниками или металлическими фартуками и присоединяют к токоотводам плашечными зажимами. Аналогично с токоотводами состыкуются края ветвей, что гораздо удобнее сварки. К тому же неопытный исполнитель с их помощью сможет в высоком темпе создать качественные узлы.
Соединение токоотводов с ветвями сетки
Сборка сетчатого приемника разрядов – только первый этап устройства молниезащиты и полноценной системы заземления. Ее необходимо грамотно подключить к заземляющему контуру так, чтобы принятые токи без препятствий текли в грунт.
Правила прокладки и подключения токоотводов:
- Трассы прохождения токоотводов необходимо запроектировать с учетом кратчайшего расстояния между точками подключения к молниеприемнику и заземлению.
- К возгораемым стенам токоотводы крепятся с помощью дистанционных кронштейнов. Расстояние между стеной и проводником не менее 10см. Допускается контакт металлического кронштейна и материала стены.
- Токоотводы могут фиксироваться на трубах водостока металлическими хомутами.
- Допускается прокладка токоотводов, выполненных из оцинкованной круглой стали, непосредственно по кирпичной или бетонной стене.
- Расстояние между точками крепления горизонтальных участков 1м, вертикальных участков 2м.
- Не допускается прокладка с образованием петель.
- При выборе места для прокладки токоотвода рекомендуется выбрать участки здания с наименьшей вероятностью присутствия людей.
Трассы токоотводов прокладывать принято по углам обустраиваемых домов. Максимальное расстояние между ними 25м. Нижний край каждого токоотвода опускается в грунт, где крепится с помощью болтового устройства к системе заземления. Участки ввода проводника в почву рекомендовано обмотать антикоррозионной лентой.
Видео-инструкция для домашних мастеров
С общим принципом устройства молниеотвода для частного дома ознакомит видео:
Технологию сооружения молниеприемной сетки для системы защиты частного дома можно освоить, не обладая фундаментальными познаниями в сфере электробезопасности. Имеющиеся сейчас в продаже монтажные приспособления помогут провести работы в краткие сроки и без особых хлопот. Главное не забывать о правилах устройства, чтобы система защиты собственности была полноценной.
Молниезащита. Виды, характеристики, назначение и доказательство необходимости
Вопрос защиты от прямых ударов молнии становится актуальнее с каждым днем. Согласно прогнозам, увеличение числа гроз (грозовой активности) связано с потеплением климата и растет на 10 % на каждый градус, (по другим данным — увеличивается на 12 ±5 % на каждый градус) глобального потепления и в итоге возрастет примерно на 50 % в течение этого столетия.
Опасность молнии и необходимость защиты от нее людям известна с древности. Если ещё в относительно недавние времена основной опасностью удара молнии были пожары и физические повреждения зданий, вызванные ее термическим и механическим воздействием, то развитие электронной техники и всеобщая цифровизация жизни закономерно ставят дополнительный вопрос защиты электронной аппаратуры от импульсных перенапряжений, вызванных воздействием молнии.
Статистика
Согласно собранной компанией «Электра» статистике, за период с 2014 по 2020 годы в России произошло 4375 пожаров, причиной которых явился удар молнии (грозовой разряд). В них погибло 19 человек и 44 получили травм различной степени тяжести. При этом по сравнению с 638 случаями в 2019 году, количество таких пожаров в 2020 году увеличилось на 153 (24 %) и составило 791.
Каждый такой инцидент — не просто несчастный случай, но ещё и дополнительные расходы как владельцев пострадавших объектов (в большинстве случаев значительно превышающие стоимость системы молниезащиты), так и средств федерального и областных бюджетов.
Необходимость молниезащиты
Наиболее эффективным способом борьбы с прямым ударом молнии и ее вторичными проявлениями было и остается применение систем молниезащиты, назначение которых — переориентирование от защищаемого объекта и непосредственный прием прямого разряда, распределение и рассеяние тока молнии в земле. Они состоят из внешней молниезащиты или молниеотвода, включающего в себя молниеприемник, токоотвод и систему заземления, и внутренней — УЗИП, предупреждающие прорыв тока молнии в объект.
Необходимость устройства молниезащиты зданий, сооружений и оборудования определены Федеральным законом от 22.07. 2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» как один из способов предупреждения пожаров и иными законодательными нормами Российской Федерации в области пожарной безопасности.
Традиционно для молниезащиты (грозозащиты) использовались проверенные практикой классические стержневые и тросовые молниеотводы, а также молниеприемная сетка.
Немного истории
Сегодня считается, что молниеотвод изобрел Бенджамин Франклин. Более 250 лет назад, в 1752 году, он экспериментально доказал электрическую природу молнии и предложил способ защиты от нее с помощью заземленного металлического стержня.
Молниеотвод на Невьянской башне
На вершине башни расположен заземленный, через каркас здания, металлический шпиль с покрытым шипами металлическим шаром и расположенным чуть ниже флюгером, на котором выбит дворянский герб Демидовых. Разные источники называют даты окончания постройки башни между 1721 и 1742 годами, то есть, как минимум за 10 лет до изобретения молниеотвода Франклином.
Действующие нормативы
На сегодняшний день в России действуют три основных нормативных документа по традиционной или классической/пассивной молниезащите:
-
«Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов», «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений», «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций».
Совместное применение последних двух наиболее часто используемых в практике современной молниезащиты определено письмом Ростехнадзора от 01.12.2004 № 10-03-04/182. Этими нормативными документами определен порядок проектирования, монтажа, эксплуатации и технического обслуживания классических систем пассивной молниезащиты — тросовых, стержневых и сетчатых.
Важнейшей характеристикой любых систем молниезащиты является надежность защиты от прямого удара молнии, то есть величина, определяемая как 1-Р, где Р — вероятность прорыва в процентах прямого удара молнии к объекту, находящемуся в пределах зоны защиты молниеотвода.
Таблица 1. Надежность защиты от прямого удара молнии определена СО 153-34.21.122-2003
Уровень защиты | Надежность защиты |
---|---|
I | 0,98 |
II | 0,95 |
III | 0,90 |
IV | 0,80 |
Зоны защиты классических молниеотводов
Наиболее распространены в мировой практике стержневые молниеотводы, отлично защищающие различные объекты на протяжении более чем 260 лет. Зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода, согласно РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003 является конус с прямолинейной образующей. Вершина конуса находится на оси молниеотвода и расположена ниже вершины молниеприемника.
Размеры зоны защиты (высота и радиус защиты на уровне земли) зависят от заданной надежности защиты и от высоты молниеотвода. Добавим, что эта зависимость — линейная (см. схему ниже).
Зона защиты стержневого молниеотвода
Объект считается защищенным с заданной надежностью от прямого удара молнии, если целиком располагается внутри зоны защиты молниеотвода.
Объект полностью находится в зоне защиты молниеотвода. Фронтальная и горизонтальная проекции
Зона защиты одиночного тросового молниеотвода в данных нормативах рассчитывается как зона защиты большого количества стержневых молниеотводов, расположенных в линию заданной длины.
Кроме того, в СО 153-34.21.122-2003 определена возможность проектирования зон защиты молниеотводов по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 62305) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими. При этом, в отличие от РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003, высота молниеотвода определяется от горизонтальной поверхности, которая будет защищена.
Активные молниеприемники МОЭС
В последние 25 лет стали популярны так называемые «активные» молниеприемники, обладающие более высокой степенью надежности и расширенной зоной защиты.
Для справки
Образование молнии начинается с формирования нисходящего от облака в направлении Земли лидера, представляющего собой проводящий плазменный канал. В настоящее время считается, что зарождение лидера в грозовом облаке не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо объектов (неровностей рельефа, строительных конструкций и т. п.).
Продвигающийся к земле нисходящий ступенчатый лидер молнии инициирует появление и развитие направленных к грозовому облаку встречных (восходящих) лидеров как с наземных объектов: элементов крыши, архитектурных форм, оборудования на крыше и стенах и т. п., так и с установленных молниеприемников. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.
Исходя из этого, роль системы молниезащиты, с точки зрения развития восходящего лидера, заключается в формировании устойчивого восходящего лидера с вершины молниеприемника раньше, чем с любых элементов наземного объекта. Являясь основным элементом системы молниезащиты, в функцию которого как раз и входит инициация и развитие устойчивого восходящего лидера ранее, чем от элементов объекта, молниеприемник должен создавать для этого оптимальные условия. Известно, что в условиях конкурирующего развития восходящих лидеров от элементов объекта и молниеприемников, более ранний устойчивый лидер подавляет возникновение остальных. Момент начала формирования на вершине молниеприемника восходящего лидера соответствует началу ориентировки молнии к молниеприемнику. Задачу опережающего формирования восходящего лидера от молниеприемника ранее чем от элементов защищаемого объекта с успехом решают системы защиты от прямого удара молнии с использованием молниеприемников с опережающей эмиссией стримера или, если кратко, МОЭС (англ. ESEAT — Early streamer emission air terminal). Другое распространенное название в России — активный молниеприемник.
Принцип действия МОЭС. Кратко
Рассмотрим принцип действия МОЭС на примере молниеприемников Forend производства турецкой компании Forend Elektrik A. S. В этом случае основой МОЭС является генератор высоковольтных импульсов, расположенный в корпусе с острием. Такое устройство монтируются на здании, сооружении или отдельно стоящей мачте и создает зону защиты от прямого удара молнии для всех объектов, в том числе, антенн и архитектурно-ландшафтных объектов кровли.
При возникновении определенных условий за счет разницы потенциалов между нисходящим лидером и поверхностью земли, генератор начинает вырабатывать высоковольтные импульсы. Как следствие, за доли секунды до разряда молнии на острие молниеприемника начинается эмиссия заряженных частиц и возникает стримерная вспышка, образующая встречный восходящий разряд — лидер с зарядом, противоположным заряду грозового облака. При этом для работы генератора не требуется использование внешнего источника питания. В ряде моделей МОЭС использованы поддерживающие ионизацию активные и пассивные электроды.
За счет принудительной генерации, опережающей стримерной вспышки и формирования восходящего лидера, увеличивается эффективная высота МОЭС по сравнению с классическим пассивным молниеприемником, в результате чего перехват нисходящего лидера молнии осуществляется раньше. Как следствие, увеличивается размер зоны защиты наземных объектов. В результате, при прочих равных, с классическими «пассивными» системами, условиях, удается обойтись меньшим количеством молниеприемников и токоотводов и/или меньшей высотой установки МОЭС.
Элементы системы молниезащиты
Система молниезащиты с МОЭС аналогична классическим пассивным системам и включает в себя элементы, указанные на рисунке ниже.
Элементы системы молниезащиты и защищаемого объекта
Примечание
Соединение токоотвод-заземлитель, а также горизонтального и вертикального заземлителей должно выполняться в смотровом (инспекционном) колодце.
Технические характеристики МОЭС
Корпус активной молниезащиты, как правило, изготовлен из нержавеющей стали, что позволяет обеспечить устойчивость к коррозии. Аэродинамическая конструкция МОЭС позволяет, как и классическим стержневым молниеприемникам, с успехом противостоять давлению ветра при грозе.
Разные типы корпусов МОЭС на примере молниеприемников Forend
Зоны защиты МОЭС
Основной характеристикой МОЭС является время опережения — DT, измеряемая в микросекундах. Другими словами, это разница во времени инициирования устойчивого восходящего лидера от МОЭС ранее, чем от «пассивного» молниеприемника аналогичной высоты. Этот параметр определяется экспериментально для каждого типа молниеприемника при моделировании реальных условий грозовой деятельности в лаборатории высокого напряжения.
Выбор конкретной модели МОЭС зависит от характеристик защищаемого объекта, требуемого уровня защиты, радиуса зоны защиты и высоты установки молниеприемника. Радиус (Rp) защиты МОЭС зависит от времени опережения (DT) и высоты (h) его установки.
Таблица 2. Зависимость радиуса защиты МОЭС от основных его характеристик
Rp, м | T= 30 мкс | T = 45 мкс | T = 60 мкс | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
h, м | уровень 1 | уровень 2 | уровень 3 | уровень 4 | уровень 1 | уровень 2 | уровень 3 | уровень 4 | уровень 1 | уровень 2 | уровень 3 | уровень 4 |
2 | 19 | 22 | 25 | 28 | 25 | 28 | 32 | 36 | 31 | 35 | 39 | 43 |
4 | 38 | 44 | 51 | 57 | 51 | 57 | 64 | 72 | 63 | 69 | 78 | 85 |
5 | 48 | 55 | 63 | 71 | 63 | 71 | 81 | 89 | 79 | 86 | 97 | 107 |
6 | 48 | 55 | 64 | 72 | 63 | 71 | 81 | 90 | 79 | 87 | 97 | 107 |
8 | 49 | 56 | 65 | 73 | 64 | 72 | 82 | 91 | 79 | 87 | 98 | 108 |
10 | 49 | 57 | 66 | 75 | 64 | 72 | 83 | 92 | 79 | 88 | 99 | 109 |
20 | 50 | 59 | 71 | 81 | 65 | 74 | 86 | 97 | 80 | 89 | 102 | 113 |
30 | 50 | 60 | 73 | 85 | 65 | 75 | 89 | 101 | 80 | 90 | 104 | 116 |
60 | 50 | 60 | 75 | 90 | 65 | 75 | 90 | 105 | 80 | 90 | 105 | 120 |
Как видно из приведенной таблицы, оптимальным, с точки зрения размеров зоны защиты и финансовых затрат, является установка МОЭС на высоте 6 метров над самой верхней точки защищаемого объекта. Радиус защиты, который в отдельных случаях может доходить до 107 метров, МОЭС позволяет одним молниеприемником обеспечить защиту площади до 36 тыс. кв. м с большей надежностью, чем классические виды пассивных молниеотводов. При необходимости защиты здания большей площади можно использовать 2-3 таких молниеприемника.
Количество молниеприемников
Сравним зоны защиты МОЭС Forend EU (DT=60 мкс) с зоной защиты стержневого молниеотвода. Радиус защиты данного устройства на 6-метровой мачте составляет 97 метров для III уровня защиты (наиболее распространен). В то же время рассчитанный по защитному углу стандарта IEC 62305-3:2010 для стержневого молниеприемника той же высоты (высота мачты+высота корпуса МОЭС=6,5 метров) радиус зоны защиты составит 15,3 метра (угол при вершине a=67 о ).
Для защиты здания размерами 48x180 метров необходимо использовать либо один расположенный в центре крыши здания активный молниеприемник, либо двадцать классических стержневых молниеприемников той же высоты.
Схема соотношения активной молниезащиты (слева) к пассивной (справа)
Еще более наглядно выглядит пример защиты нескольких близко расположенных зданий. Так, для защиты сооружений, стоящих неподалёку друг от друга, размеры одного из которых 48x90, а другого — 48x160, достаточно всего одного МОЭС типа Forend EU либо тридцать восемь классических стержневых молниеприемников той же высоты.
Активная защита двух близкорасположенных зданий в сравнении с пассивной
Размеры зоны защиты МОЭС позволяют уменьшить по сравнению с классическими пассивными системами молниезащиты общее количество молниеприемников на протяженных территориях и крупных объектах, а также снизить объем и общую стоимость материалов и работ при их возведении и ежегодном техническом обслуживании.
Перспективы
В конце 2020 года принят межгосударственный стандарт по системам молниезащиты с опережающей эмиссией стримера — ГОСТ 34696-2020 «Системы молниезащиты с опережающей эмиссией стримера. Технические требования и методы испытаний», определяющий порядок применения указанных систем. Есть надежда, что данный норматив вскоре будет введен в действие на территории России.
В настоящее время компанией «Электра», как одной из разработчиков ГОСТ 34696-2020, создана «Инструкция по защите от прямого удара молнии зданий, сооружений и открытых территорий системами с опережающей эмиссией стримера. Проектирование, монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание». Документ представляет собой переработанный и дополненный собственный аутентичный технический перевод на русский язык стандарта Франции NF C 17-102 (редакция от сентября 2011 года) с французского и английского языков. Одновременно использованы применимые для МОЭС общие положения, термины, определения, требования и методы испытаний из государственных стандартов ГОСТ Р, распространяющихся на классические пассивные системы молниезащиты.
Применение упомянутой выше инструкции на территории Российской Федерации рекомендовано письмом СЦНТИ РЭА Министерства энергетики Российской Федерации от 22.09.2020 № 46.
Оптимальное решение
При проектировании молниезащиты необходимо сочетание эффективности защиты и экономичности проекта. При этом финансовая составляющая зачастую наиболее важна для заказчика, и является определяющим параметром в выборе между различными проектными решениями при прочих равных условиях.
Оптимальный выбор молниеприемников и их расположение на защищаемом объекте позволит также снизить затраты на прочие материалы (токоотводы в первую очередь) и земляные работы при устройстве заземления молниезащиты. Так, для отвода тока молнии в случае применения МОЭС необходимо всего два токоотвода на каждый из них. В то же время, при использовании классических пассивных молниеприемников, большее количество вертикальных, расположенных по стенам здания, токоотводов и грамотная конструкция заземлителей способствует более равномерному распределению тока молнии и стабильности электромагнитной обстановки внутри здания.
Безусловно, молниеприемники МОЭС не смогут полностью заменить традиционные, проверенные сотней лет, стержневые и тросовые молниеотводы. Оба продукта должны сосуществовать одновременно, а применение того или иного должно обуславливаться, прежде всего, эффективностью и целесообразностью финансовых затрат на защиту от риска прямого удара молнии.
Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. П3.1), вершина которого находится на высоте h0<h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r0. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hx представляет собой круг радиусом rx. ¶
1.1. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h?150 м имеют следующие габаритные размеры. ¶
Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h и может быть определена по формуле h = (rx + 1,63hx)/1,5. ¶
¶
Рис. П3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: I — граница зоны защиты на уровне hx, 2 — то же на уровне земли ¶
1.2. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высоток 150 < h < 600 м имеют следующие габаритные размеры. ¶
¶
¶
2. Двойной стержневой молниеотвод. ¶
2.1. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой h<=150 м представлена на рис. П3.2. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых h0, r0, rx1, rx2 определяются по формулам п. 1.1 настоящего приложения для обоих типов зон защиты. ¶
¶
Рис. П3.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода: 1 — граница зоны защиты на уровне hx1; 2 — то же на уровне hx2, 3 — то же на уровне земли ¶
Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры. ¶
¶
¶
При расстоянии между стержневыми молниеотводами L > 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные. ¶
¶
¶
При расстоянии между стрежневыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные. ¶
При известных значениях hc и L (при rcx= 0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле h = (hc+ 0,14L) / l,06. ¶
2.2. Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты h1, и h2 <= 150 м приведена на рис. ПЗ.З. Габаритные размеры торцевых областей зон защиты h01, h02, r01, r02, rx1, rx2 определяются по формулам п. 1.1, как для зон защиты обоих типов одиночного стержневого молниеотвода. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам: ¶
¶
где значения hc1 и hc2 вычисляются по формулам для hc п. 2.1 настоящего приложения. ¶
Для двух молниеотводов разной высоты построение зоны А двойного стержневого молниеотвода выполняется при L <= 4hmin, а зоны Б — при L <= 6hmin. При соответствующих больших расстояниях между молниеотводами они рассматриваются как одиночные. ¶
¶
Рис. ПЗ.З Зона зашиты двух стержневых молниеотводов разной высоты. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 ¶
3. Многократный стержневой молниеотвод. ¶
Зона защиты многократного стержневого молниеотвода (рис. П3.4) определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h <= 150 м (см. пп. 2.1, 2.2 настоящего приложения). ¶
¶
Рис. П3.4. Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 ¶
Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой hx с надежностью, соответствующей надежности зоны А и зоны Б, является выполнение неравенства rcx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. В противном случае построение зон защиты должно быть выполнено для одиночных или двойных стержневых молниеотводов в зависимости от выполнения условий п. 2 настоящего приложения. ¶
4. Одиночный тросовый молниеотвод. ¶
Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h <= 150 м приведена на рис. П3.5, где h — высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм 2 при известной высоте опор hопи длине пролета а высота троса (в метрах) определяется: ¶
- h = hоп – 2 при а < 120 м;
- h = hоп – 3 при 120 < а < 15Ом.
¶
Рис. П3.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1 ¶
Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода имеют следующие габаритные размеры. ¶
¶
¶
Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях hx и rx определяется по формуле ¶
5. Двойной тросовый молниеотвод. ¶
5.1. Зона защиты двойного тросового молниеотвода высотой h <= 150 м приведена на рис. П3.6. Размеры r0, h0, rx для зон защиты А и Б определяются по соответствующим формулам п. 4 настоящего приложения. Остальные размеры зон определяются следующим образом. ¶
¶
Рис. ПЗ.6. Зона защиты двойного тросового молниеотвода. Обозначения те же, 410 и на рис. П3.2 ¶
¶
¶
¶
При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные. ¶
¶
¶
При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные. При известных значениях hc и L (при rcx= 0) высота тросового молниеотвода для зоны Б определяется по формуле h = (hc + 0,12L)/1,06. ¶
¶
Рис. П3.7. Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты ¶
5.2. Зона защиты двух тросов разной высоты h1 и h2 приведена на рис. П3.7. Значения r01, r02, h01, h02, rx1, rx2 определяются по формулам п. 4 настоящего приложения как для одиночного тросового молниеотвода. Для определения размеров rc и hс используются формулы: ¶
¶
где hc1 и hc2 вычисляются по формулам для hc П.5.1 настоящего приложения. ¶
Далее по формулам того же п. 4 вычисляются r?x1 , r?x 2 , r?cx . ¶
Высота молниеотвода
Предотвратить негативные последствия грозовых разрядов позволяет эффективная и работоспособная молниезащита. Обычно система состоит из молниеприемника, токоотводов и заземления. Для грамотной разработки проекта грозозащиты и правильной его реализации специалисты используют следующие действующие российские нормативные акты:
- «Инструкция по обустройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД 34.21.122-87);
- «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (СО-153-34.21.122-2003).
Однако эти документы несовершенны и по некоторым вопросам имеют существенные противоречия. Например, они по-разному нормируют установку громоотводов и применение в качестве молниеприемника кровли из металлических листов. Установка различных спутниковых или сотовых антенн, вентиляционного оборудования, а также мощных холодильных агрегатов и прочих сооружений на крышах жилых и офисных многоэтажных домов создает еще больше проблем и сложностей в создании системы молниезащиты. Данные документы также не применимы при планировании защиты оригинальных сооружений и абсолютно нестандартных конструкций, например, таких, как деревянная мастерская на крыше высотного здания, построенного из монолитных железобетонных конструкций. На этот случай Инструкция от 2003 года не дает четких указаний по созданию грозозащиты, а Инструкция, разработанная еще в 1987 году в СССР, предписывает организовать молниеприемную сетку с присоединенными к ней всеми выдающимися над кровлей металлическими элементами и дополнительно обустроить на неметаллических ее частях молниеприемники.
Действующие национальные нормативы допускают эксплуатацию спутниковых антенн, а также прочего металлического оборудования, монтируемого на крышах без дополнительной молниезащиты, что не совсем правильно. Это допустимо только в тех случаях, когда заводы - изготовители предусмотрели данную возможность и корпус оборудования выдерживает прямые удары молнии. При этом при их монтаже можно ограничиться установкой надежного заземления. Однако таких агрегатов единицы и проектировщики часто ломают голову, думая как правильно рассчитать высоту молниеотвода для его максимальной эффективности. Основной проблемой является определение уровня для отсчета высоты защищаемых агрегатов и молниеотвода.
Как правильно установить громоотвод: от поверхности земли или кровли?
Работоспособный молниеотвод обычно возвышается над защищаемыми сооружениями и объектами. Значение превышения ?h в соответствии с российскими нормативными актами определяется, опираясь непосредственно на высоту молниеотвода hm. Согласно, требованиям отечественной Инструкции от 2003 года при надежности молниезащиты высоту молниеотвода определяет формула 0,99?h = 0,2 hm. Следовательно, для зданий высотой 100 м, при определении уровня отсчета от поверхности почвы, даже для низких и мелкогабаритных объектов, расположенных на кровле, величина ?h не может быть меньше 25 м.
Если высоту молниеотвода определять, руководствуясь тем, что поверхность кровли – это невысокое геологическое возвышение, она будет значительно меньше. Точнее, всего несколько метров. Действующие российские нормативные акты не дают разъяснения на этот случай, поэтому специалистам приходится вести расчет высоты молниеотвода от уровня грунта. Для международных нормативных актов МЭК (62305) эта ситуация легко разрешима, что наглядно представлено на графическом рисунке. Согласно нему, для строений расчет высоты молниеотвода осуществляется от поверхности грунта и представляет величину h2, которая является суммой двух высот – объекта и громоотвода, установленного на крыше. При этом высота молниеотвода h1 участвует в образовании угла α2, который определяет зону защиты (пунктирная прямая). Он, как видно, не очень большой. При определении высоты молниеотвода для агрегатов и элементов, смонтированных на крыше, высоту самого строения h не учитывают, поэтому угол α1 получается довольно большим.
Данный расчет высоты молниеотвода на здании, к сожалению, не имеет физического подтверждения. Специалисты считают возможным использовать расчет высоты грозоотвода от уровня кровли без учета высоты здания, если крыша имеет достаточно большую площадь. Для маленьких крыш с грозоотводами, которые установлены на ее карнизах, эта методика расчета не подходит. Для подлинной оценки правильности расчета необходима величина, связанная с электрическим полем атмосферы во время грозы.
Многочисленные наблюдения ученых и мировых специалистов в организации молниезащиты различных объектов позволили установить, что молниеприемник принимает разряд по плазменному каналу, который образуется ей навстречу от его крайней точки. Его назвали встречным лидером. На начальном этапе его образования наблюдается незначительная ионизация воздуха на конце громоотвода. Это явление назвали короной. Ее ток и дальнейшее развитие ситуации, напрямую зависят от геометрии заземлений (в т.ч. высоты и радиуса), применяемых на строении. Ниже на графике показано нарастание тока короны относительно времени созревания грозы.
Кривые на графике, обозначенные красным цветом, определяют нарастание тока короны грозоотводов высотой тридцать и десять метров, смонтированных на земле, а кривые функции черного цвета характеризуют ситуацию при 10 м высоте молниеотвода, находящегося на кровле 20-метрового строения цилиндрической конфигурации. При этом пик молниеотвода также находится на тридцатиметровой высоте. На поведение громоотвода влияет и радиус сооружения. При большом радиусе он работает как десятиметровый грозоотвод, а при небольшом – как 30-метровый.
Исходя из имеющейся информации нельзя сказать, что отечественные стандарты хуже международных и наоборот. При выборе методики и формул расчета высоты молниеотвода опытные специалисты все же рекомендуют использовать российские нормативные документы. Это обеспечит определенный запас надежности, что важно при проектировании защиты для жилого фонда. Для снижения высоты молниеотводов они рекомендуют устанавливать сразу несколько громоотводов или использовать тросовые замкнутые системы, которые включают и защищаемый элемент кровли.
Читайте также: