Фирма «Стэллайт» специализируется на проектировании, монтаже, аттестации, гарантийном обслуживании систем молниезащиты и заземления.

Система молниезащиты предназначена для защиты от прямого удара молнии – внешняя молниезащита, грозовых и коммутационных перенапряжений в сетях, а также заноса высокого потенциала по протяженным коммуникациям – внутренняя молниезащита.

Рассмотрим элементы молниезащиты подробнее на примерах монтажных работ, выполненных фирмой «Стэллайт» на разных объектах с использованием комплектующих компании ОБО Беттерманн.

Внешняя молниезащита - грозозащита

 

Внешняя молниезащита - грозозащита, громоотвод, молниеотвод представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в защищаемый объект правильно спроектированная и сооружённая молниезащитная система должна принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам на заземление. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.

Молниеприемное устройство должно защищать те части объекта, которые подвержены опасности удара молнии. Это в первую очередь касается коньков, углов, краев и ребер кровли зданий и элементов, выступающих над кровлей (каминные трубы, антенны).

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в Таблице 1

.

 

Для специальных объектов минимально доступный уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9 – 0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от прямого удара молнии. По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надёжности, превышающий минимально необходимый.

Внешняя система молниезащиты - грозозащиты, громоотвод, молниеотвод состоит из молниеприёмной части, токоотводов и системы заземления.

Молниеприёмная часть

 

Молниеприёмная часть может состоять из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:
   • электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;
   • толщина металла кровли составляет не менее значения t, приведенного в Таблице 2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;
   • толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;
   • кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;
   • неметаллические покрытия на/или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта.
2. металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);
3. металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;
4. технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм, и проплавление или прожог этого металла не приведут к опасным или недопустимым последствиям;
5. металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения t, приведенного в Таблице 2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

 

 

Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м, изложенных в стандарте МЭК (IEC 61024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования определённых методов в следующих случаях:

• метод защитного угла используется для простых по форме сооружений или для отдельных небольших частей больших сооружений;
• метод фиктивной сферы – для сооружений сложной формы;
• применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты плоской кровли.

 

В приведенной ниже Таблице 3 для уровней защиты I - IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.

 

Стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты воображаемого конуса, образованного прямой под углом α к вертикали. Защитный угол выбирается по Таблице 3, причем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена. Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в таблице для соответствующего уровня защиты.

Токоотводы

 

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы располагаются таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

1. ток по возможности протекал по нескольким параллельным путям;
2. длина этих путей была сведена к минимуму.

 

Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждой опоре предусматривается не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждом конце провода (троса) выполняется не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждой ее опоре выполняется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов принимается не менее двух.

Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в Таблице 4. При этом желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

 

 

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.

Не изолированные от защищаемого объекта Токоотводы прокладываются следующим образом:

• если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;
  
  
• если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены с таким расчетом, чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;
• если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы располагаются таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. При этом металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.
  
  

 

Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Рекомендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстояниях от дверей и окон.

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

Следующие конструктивные элементы зданий можно использовать в качестве естественных токоотводов:

1. металлические конструкции при условии, что:
   • электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям;
   • они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов.
   Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;
2. металлический каркас здания или сооружения;
3. соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;
4. металлические части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что:
   • их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм;
   • металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:
     • примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);
     • электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

 

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если металлические каркасы здания или стальная арматура железобетона используются как токоотводы.

Заземление

 

От того, насколько правильно и качественно будет выполнено заземление, зависит эффективность всей молниезащитной системы во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов. Сопротивление заземления системы молниезащиты не должно превышать 10 Ом. В случае совмещенного заземления величина сопротивления должна соответствовать требованиям ПУЭ гл. 1.7. В этом случае, требуется сопротивление меньше 10 Ом, для сетей с изолированной нейтралью потребуется меньше 4 Ом при наличии в здании трансформаторной подстанции - меньше 0,5 Ом Сечение проводников должно соответствовать требованиям технического формуляра "О заземляющих электродах и заземляющих проводниках" Ассоциации «Росэлектромонтаж» № 11/2006 г.

Наиболее предпочтительным является выполнение заземляющего устройства в виде контура, проложенного по периметру здания на расстоянии не менее 1 м от фундамента и на глубине не менее 0,5 - 0,8 м с установкой вертикальных заземлителей в местах спуска токоотводов.

 

Такое исполнение заземляющего устройства дает ряд преимуществ:

• замкнутый контур значительно снижает риск поражения человека в результате возникновения «шагового» напряжения;
• токоотводы молниезащиты, соединённые с контуром, имеют одинаковое сопротивление заземления, что обеспечивает равномерное распределение тока молнии между токоотводами;
• изменением длины или количества вертикальных заземлителей достигается практически любое сопротивление заземления.

 

В случае невозможности по каким-либо причинам прокладки контура заземления используют очаговые заземлители, выполненные с использованием вертикальных заземлителей по любому из известных способов заземления – треугольником, лапой и т.п.

При любом исполнении заземляющего устройства с использованием вертикальных заземлителей необходимо принимать во внимание эффект взаимного экранирования заземлителей, который проявляется в том, что общее сопротивление заземления уменьшается не пропорционально по числу заземлителей, соединенных параллельно, а несколько меньше. Экранирование начинает проявляться при расстоянии между вертикальными заземлителями около 7 м и проявляется тем больше, чем ближе друг к другу будут расположены единичные заземлители. При расстоянии, равным 1,7 м, эффект экранирования становится практически полным, и дальнейшее сближение единичных заземлителей становится бессмысленным.

В качестве естественного заземления может использоваться соединенная между собой арматура железобетонного фундамента или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям, аналогичным тем, что предъявляются к естественным токоотводам. Если арматура железобетоных конструкций используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

Заземляющее устройство выполняется с учетом подземных коммуникаций. Если верхние отметки (кабельные каналы, трубопроводы и т.п.) расположены на глубине менее 0,5 м от поверхности земли, то горизонтальный заземлитель должен быть расположен под каналом. Заземлители, прокладываемые параллельно кабелям или трубопроводам следует укладывать на расстоянии в свету не менее 0,3 – 0,35 м, а при пересечении не менее 0,1 м.

В местах прохода людей допускается замыкание контура заземления изолированным проводником, при этом длина изолированного проводника не должна превышать 30% от длины контура.

В соответствии с "Инструкцией по устройству сетей заземления и молниезащите" концерна "Электромонтаж" от 01.01.1993г., разработанной в развитие основных положений ГОСТ 12.1.030-81, ПУЭ, РД 34.21.122.87 и СНиП 3.05.06-85, горизонтальный заземлитель из полосовой стали следует укладывать на дно траншеи на ребро.

 

Внутренняя молниезащита

 

Задача внутренней молниезащиты состоит в предотвращении побочных воздействий разрядов молний — таких как электромагнитные наводки и перенапряжения, способные вывести из строя электрическую и электронную аппаратуру.

Внутренняя система состоит из шины уравнивания потенциалов, которая объединяет все протяжённые металлоконструкции дома, и устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), задача которых заключается в нейтрализации импульса перенапряжения, попадающего в защищаемое строение по линиям электропередач или системам коммуникаций, и защиты таким образом всех электроприборов в здании и всей электропроводки от любого вида импульсного перенапряжения.

УЗИП в зависимости от назначения и места расположения подразделяются на три класса.

 

Впрочем, положение первой и второй ступеней варьируется в зависимости от конкретной ситуации. Иногда их размещают вместе в отдельном шкафу, а в некоторых случаях совмещают (для этого есть специальные УЗИП I/II класса, представлен на фото справа).

Для третьей ступени важно, чтобы расстояние по кабелю питания от УЗИП до оборудования не превышало 10–15 м. Поэтому приборы III класса часто изготавливают в виде розеток, переходников и т. п.

Основные принципы уравнивания потенциалов содержатся в нормах молниезащиты строительных объектов. В соответствии с этими принципами следует уравнивать потенциалы всех проводящих коммуникаций, входящих в объект. Уравнивание потенциалов следует выполнить при помощи соединений с низким полным сопротивлением (импедансом):

• Непосредственных – между проводящими коммуникациями и устройствами, на которых не возникает постоянно электрический потенциал.
• Ограничивающих – между устройствами, заземленными и изолированными от земли, а также находящимися под напряжением проводами электрических устройств.

 

Принимая во внимание представленные требования, рекомендуется при вводе коммуникаций в здание соединять их с уравнивающей шиной, произвольным элементом молниезащитного устройства или металлическим элементом конструкции объекта в месте, расположенным как можно ближе к месту введения коммуникации. Оптимальным решением является введение всех коммуникаций в одном общем месте.

К уравнивающей шине следует непосредственно присоединить:

• трубы;
• телекоммуникационные, вспомогательные, и измерительные заземляющие электроды;
• экраны или проводящие конструктивные элементы линии передачи сигналов;
• проводники PEN или PE электроэнергетической сети.

 

Если внешние коммуникации, линии электропитания, телекоммуникационные и сигнальные линии нельзя ввести в объект в одном и том же месте, и требуется применение нескольких уравнивающих шин, то они должны быть соединены как можно более коротким проводником с заземлителем или металлическими элементами железобетонной конструкции объекта.

Проводник, соединяющий уравнивающие шины, следует соединить с проводящими элементами железобетонной конструкции или другими экранирующими элементами.

Уравнивающая шина размещается чаще всего на уровне земли, как можно ближе к месту, в которое входят проводящие коммуникации, и соединена с заземлителем (например, с фундаментным). К шине следует также присоединить существующие в объекте металлические части лифтовых конструкций, вентиляционные каналы и т.п.

Комплектующие ОБО Беттерманн в действии