Типы и устройство молниеотводов

Молниеотвод - устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. В быту также употребляется некорректное, но более благозвучное «громоотвод».

Во время грозы появляются большие индуцированные заряды, и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд.

Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.

Здания и сооружения защищают от прямых ударов молнии различными по конструкции молниеотводами. Но любой из молниеотводов включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода.

В зависимости от конструкции молниеприемника различают молниеотводы:

Стержневые

Тросовые

Сетчатые

Комбинированные.

По числу совместно действующих молниеприемников их делят на:

Одиночные

Двойные

Многократные.

Кроме того, по месту расположения молниеотводы бывают:

Отдельно стоящие

Изолированные

Не изолированные

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95%) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии.

Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые молниеотводы.

Молниеприемник стержневого молниеотвода представляет собой вертикально расположенный стальной стержень любого профиля длиной 2… 15 м и площадью поперечного сечения не менее 100 мм 2 , укрепленный на опоре, расположенной, как правило, не ближе 5 м от защищаемого объекта. Молниеприемник соединяют с заземлителем токоотводом, выполненным из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, а в случае прокладки токоотвода в земле - не менее 10 мм. При устройстве молниеприемников непосредственно на крыше здания выполняют как минимум два токоотвода, а при ширине крыши более 12 м - четыре. Если длина защищаемого объекта более 20 м, то на каждые последующие 20 м длины требуется устанавливать дополнительные токоотводы; при ширине здания до 12 м - на обеих сторонах здания. Все соединения (молниеприемник - токоотвод, токоотвод - заземлитель) следует сваривать. В качестве стержневых молниеотводов необходимо максимально использовать существующие вблизи защищаемого объекта высокие сооружения: водонапорные башни, вытяжные трубы и т.п. Деревья, растущие на расстоянии не более 5 м от зданий III…V степеней огнестойкости, также можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания напротив дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземлителю молниеотвода.

Тросовые молниеотводы чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти молниеотводы изготовляют в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм 2 . Следует отметить, что стержневые и тросовые молниеотводы обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.

В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150мм 2 , с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводящей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков - специально наложенные на трубы проволочные кольца .

Заземлители МЗС

МЗС нужен, чтобы отвести в землю ток молнии после ее удара в молниеприемник. Но для этой цели нет нужды в специальном контуре заземления. Току молнии некуда деваться. Он безо всякого заземлителя растечется в грунте после удара молнии в поверхность земли или, например, в дерево.

Может быть при низком сопротивлении заземления молниеотвод эффективнее притягивает молнию? Теория и эксперимент дают здесь отрицательный ответ. Для притяжения молнии важен рост плазменного канала от вершины объекта, так называемого встречного лидера. Развитие лидера сопровождается током через сопротивление заземления молниеотвода и на нем теряется напряжение. Однако потеря очень мала, потому что этот ток вряд ли превышает 10 - 20 А. Даже на сопротивлении заземления Rз = 000 Ом потеря напряжения составит 10 - 20 кВ - величина пренебрежимо малая по сравнению с потенциалом 20 - 100 кВ, который несет к земле канал молнии. Итак, рассмотренные причины отпадают. Остается одно - безопасность процесса растекания тока молнии в земле. При ударе в молниеотвод ток молнии может превысить 100 кА. Даже в случае качественного заземления молниеотвода с сопротивлением заземления Rз ~ 10 Ом речь пойдет о напряжении порядка 1000 кВ. Столь сильный подброс напряжения становится причиной больших напряжений. Прикосновения к металлоконструкциям молниеотвода, на достаточно большом расстоянии от молниеотвода возникают опасные шаговые напряжения, между зеземлителем и подземными коммуникациями (например, кабелями цепей управления) действуют высокие напряжения, достаточные для искрового пробоя грунта и ввода в эти коммуникации значительной доли тока молнии. При очень высоком напряжении возможен даже искровой пробой по воздуху на металлоконструкции объекта, которые этот молниеотвод призван защищать .

Обустройство громоотвода на дачном участке – важное условие безопасности нахождения на нем во время непогоды. Разряды электрического тока огромной силы при наличии громоотвода не оказывают влияние на конструкции дома и остальные элементы, находящиеся в зоне защиты. Однако не стоит думать, что громоотвод препятствует ударам молнии. Все обстоит иначе. Он становится проводником для отвода разряда от дома, уводя ток силой до 100 тысяч ампер в заземлитель.

Варианты устройства громоотвода

Классический громоотвод может выполняться в одном из двух вариантов: в виде одиночного стержня или системы тросов, натянутых между молниеприемниками. Первый вариант обычно применяется для защиты отдельного дома, в то время как второй – для создания безопасной зоны на целом участке. Тросовый громоотвод также рекомендован для зданий, имеющих значительную длину.

Составные части громоотвода

В защите от молний в первую очередь нуждаются дома с крышей из металла или металлочерепицы, так как такие варианты не имеют заземления, поэтому во время грозы накапливают на себе электрические заряды.

В случае с металлической крышей без изоляционного слоя, имеющей толщину покрытия для железа – 4 мм, для меди – 5 мм или для алюминия – 7 мм, возможно упрощенное устройство громоотвода, когда роль молниеприемника берет на себя ее поверхность. В таком случае через каждые 20 метров крыши производится заземление. Здесь нужно учитывать качество кровли, ведь если имеются какие-то разрывы, то нужного эффекта от такого молниеприемника не будет.

В остальных случаях громоотвод должен состоять из следующих элементов:

• молниеприемника (1) в виде тонкого электрода или системы электродов, устанавливаемых над домом на определенной высоте;
• токоотвода (2) – кабеля, соединяющего приемник с заземлением;
• заземлителя (3), уводящего ток в землю.

Молниеприемник

Элементом, в который при наличии громоотвода ударяет молния, является молниеприемник. Выполняется он обычно в виде стержня из стали, меди или другого материала со сходной проводимостью. Не нужно покрывать его краской или лаком, чтобы избежать коррозии, иначе он потеряет нужные свойства.

Площадь сечения: для стали – 50 кв. мм, для меди – 35 кв. мм, для алюминия – 70 кв. мм.

Установить молниеприемники можно с разных сторон или по центру крыши. Если устанавливается несколько молниеприемников, то они соединяются в общую цепь, замкнутую на заземлитель. Стержень можно расположить не только на поверхности крыши, но и на печной трубе или ближайшем высоком дереве. Оптимальной будет высота не более 15 метров. Если он устанавливается на дереве, то крепление производится таким образом, чтобы стержень возвышался над кроной не менее чем на 0,5 м и на 10–15 см выше дома.

Кроме стрежней возможны варианты защитной сетки (арматура толщиной 6 мм) и тросовой системы. Второй способ является более рациональным для дачного дома, так как трос натягивается на высоте выше уровня крыши, а сетка размещается на самой кровле. Трос диаметром не менее 5 мм натягивают по коньку крыши на стойках, после чего опускают вниз, где соединяют его с заземлителем. Таким образом, он выполняет и функцию молниеприемника и токоотвода.

Также в качестве приемников могут использоваться отдельные части строения (водосточные трубы, металлические ограждения). Их применение разрешено, если они имеют сечение большее, чем нужно для нормальной защиты.

Токоотвод предназначен для соединения молниеприемника и заземлителя. Выполняется он из алюминиевого или медного провода большого сечения. Для этих целей подойдет витой провод, который применяется для прокладки воздушных линий электропередач. Крепление токоотвода осуществляется с использованием клеммников, муфт или обжимных трубок.

Расстояние между молниеприемником и заземлителем должно быть минимальным, поэтому провод направляется по прямой вниз. Количество токоотводов зависит от площади дома. Для коттеджей площадью около 200 кв. м рекомендуется устанавливать 2 токоотвода на расстоянии примерно 20 м друг от друга.

Фиксируется он на специальном шесте или непосредственно на стене дома с помощью пластикового крепежа. Для защиты токоотвода можно изолировать его от воздействия окружающей среды при помощи кабель-канала.

Заземлитель

Так как заземлитель нужен для отвода разряда молнии в грунт, то он должен обладать маленьким электрическим сопротивлением. Для этих целей подойдут как дорогие материалы, такие как медь, алюминий, латунь и другие нержавеющие металлы, так и более дешевая обычная сталь. Заземлитель не должен иметь повреждений и следов ржавчины, так как они могут стать причиной уменьшения диаметра стержней из-за разрушения металла.

Для качественного заземления может применяться не один, а несколько стержней, которые погружаются в грунт вдали от дорожек и кровли, особенно если она изготовлена из легковоспламеняющегося материала. В дачных условиях в качестве заземлителя также можно использовать любой крупный металлический предмет, имеющийся под рукой: спинку от старой кровати, чугунною ванну, арматурную сетку и подобное.

Тип заземления зависит от параметров дома и особенностей грунта. Сухой грунт отличается низким уровнем грунтовых вод. Чтобы ток доходил до влажной почвы, необходимо вертикальное заземление. Заземлитель в этом случае выполняется из двух стержней сечением 100 мм и 2-3 м в высоту, вбиваемых на расстоянии 3-4 м друг от друга. Стержни соединяются между собой проволокой, тросом (медный, алюминиевый) или лужеными пластинами железа, к центру которого приваривается токоотвод.

Для влажного грунта характерен более высокий уровень грунтовых вод, поэтому можно не выполнять вертикальное заземление, заменив стержни уголками полосовой стали, водопроводными трубами или другими подобными металлическими элементами. Укладывается горизонтальный заземлитель на глубину 1 м.

В данном случае роль заземлителя может выполнять и токоотвод, уложенный в землю таким образом, чтобы занять как можно большую площадь соприкосновения с почвой. Соединенная конструкция может иметь форму гребешка (буквы Ш) или треугольника. Недопустимо при крепеже проволоки применение ручной скрутки и плоскогубцев, разрешается только обычная или холодная сварка.

Размещению заземлителя нужно уделить отдельное внимание. Это должно быть удаленное от дома и дорожек место, недоступное для детей и домашних животных, желательно огражденное. Минимальное расстояние до дома должно составлять не менее 1 м.

Так как вода является отличным проводником электрического тока, то лучше, если почва вокруг заземлителя будет влажной, тогда разряды будут быстро уходить в землю, не накапливаясь на стержне. Обеспечить дополнительную влажность можно с помощью потока дождевой воды из стока с крыши либо целенаправленным поливом почвы.

Для каждого строения необходимо произвести расчет громоотвода, так как каждая конфигурация способна обеспечить защитную зону различных размеров. Параметры данной зоны можно рассчитать самостоятельно, учитывая особенности и габариты дачного дома.

Одиночный стержень образует защитную зону, которая по геометрии близка к конусу, имеющему угол при вершине примерно 45°. Вершина этого конуса будет находиться в наивысшей точке громоотвода. У молниеприемника тросового типа зона защиты имеет более сложную геометрию, в которой трос служит ребром, а каждый стержень образует свой конус.

Расчет защитной зоны одиночного стержня можно произвести по следующей формуле:

где R – радиус зоны над самой высокой точкой дома, h – расстояние от самой высокой точки дома до пика громоотвода.

Чтобы выяснить, достаточно ли высоты стрежня для защиты определенной зоны на уровне земли, можно воспользоваться следующим расчетом. Допустим, высота конуса будет обозначена h o , радиус на земле – R o , высота здания – h x , радиус на уровне высоты здания – R x , высота стержня – h. Тогда с учетом высоты имеющегося громоотвода и высоты дома неизвестные значения будут вычисляться по формулам:

R x = 1,5*(h-h x /0,92).

На практике расчеты выглядят так: если стержень имеет длину 10 м, то радиус зоны защиты на земле будет составлять 1,5*10 = 15 м, остальные параметры вычисляются аналогично.

Для расчета необходимой длины стержня можно воспользоваться теми же формулами, подставив в них желаемый радиус защитной зоны. В случае со сложной геометрией молниеприемника нужно нарисовать графическую модель дома и громоотвода и высчитать зону защиты геометрическим путем.

Высота громоотвода не должна превышать 12 м, поэтому, если не удается уложиться в данные ограничения, используя одиночный стержень, для расширения защитной зоны рекомендуется использовать несколько мачт.

Установка громоотвода

Чтобы установка громоотвода была осуществлена правильно, стоит придерживаться следующей методики:

1. Измерить высоту крыши и определить ее геометрию. Для наглядности начертить схему, по которой можно определить будущую защитную зону.
2. Определиться с типом молниеприемника. Для квадратных домов достаточно одиночного стержня, для длинных строений оптимально применение тросовой системы.
3. Произвести расчет защитной зоны и определить нужную высоту стержня (стержней). Минимальное сечение молниеприемника должно соотноситься с его высотой в пропорции 5 кв. мм на метр.
4. Определить точку крепления молниеприемника и зафиксировать его на крыше или стене.
5. Выкопать яму для заземлителя и поместить его на нужную глубину.
6. Соединить между собой заземлитель и молниеприемник.
7. Проверить громоотвод мультиметром. Его сопротивление не должно превышать 10 Ом.

Обустроить громоотвод можно и на дереве, которое в 2,5 раза выше дома и располагается на расстоянии не менее трех метров от него. Молниеприемник в таком случае крепится на длинном металлическом шесте, фиксируемом на дереве с помощью хомутов из синтетического фала. Соединение с заземлителем осуществляется проволокой не менее 5 мм в сечении.

Дальнейшая эксплуатация

Установленный громоотвод не нуждается в особом уходе. Его нужно лишь периодически проверять на отсутствие повреждений и качество металлических соединений. Если стержень молниеприемника уменьшился в диаметре или места стыков потеряли целостность, то данные элементы требуют замены. Место расположения заземлителя также должно подвергаться проверке, а земля вокруг него поддерживаться во влажном виде.

Дачные домики обыкновенно построены из горючих материалов, а пожарная часть находится далеко. Да и подъехать можно не к каждому строению, а от сильного ветра, сопровождающего любую грозу, тоже ничего хорошего ожидать не следует.

Порой от удара молнии выгорают целые дачные поселки .

Расскажем о том, как своими силами сделать эффективный молниеотвод и свести на нет риск прямого попадания «небесного разряда» в дом.

Упрощенно физику процесса можно описать так: источником молнии являются кучево-дождевые облака .

Во время грозы они превращаются в своеобразные гигантские конденсаторы . На верхней плюсовой части в виде кристаллов льда скапливается огромный положительно заряженный потенциал ионов, а в нижней минусовой области собираются отрицательные электроны в виде водяных капель.

Во время разряда (пробоя) этого природного аккумулятора между землей и грозовым облаком появляется молния - громадный электрический искровой разряд :

Протекать этот разряд всегда будет по цепи наименьшего локального сопротивления электрическому току. Факт общеизвестный и проверенный. Такое сопротивление бывает обычно у высотных построек и деревьев. Чаще всего именно в них и ударяет молния.

Идея молниеотвода заключается в обустройстве рядом с домом участка минимального сопротивления для того, чтобы разряд молнии проходил по нему, а не по строению.

Если у вас отсутствует на даче молниеотвод - пора задуматься о его сооружении. Самый дешевый и простой способ его изготовления - сделать все самому. Что же для этого нужно знать?

Итак, молниеотвод (громоотвод) есть устройство молниезащиты (грозозащиты), обеспечивающее безопасность здания и жизни людей , находящихся в нем, от разрушительных воздействий, которые могут возникнуть в грозу при прямом попадании молнии.

Это защищенный от коррозии , оголенный проводник - то есть, хорошо проводящий электроток материал как можно большей площади и большего сечения (минимум 50 мм²).

Собирается молниеотвод (громоотвод) из толстой медной проволоки или стальной катанки , труб нужного сечения либо из стальных, алюминиевых, дюралевых стержней различного профиля, уголков, полос и так далее.

Стальные материалы лучше использовать оцинкованные . Так как они менее подвержены воздушному окислению.

Из чего состоит грозозащита: устройство

Молниеотвод (громоотвод) простейшей конструкции состоит из 3 частей:

(спуск ).

Расскажем о каждом элементе подробнее.

Металлический проводник, закрепляемый на крыше здания либо на отдельной опоре (вышке). Конструктивно делится на три вида: штыревые , тросовые и сетчатые .

При выборе конструкции молниеприемника ориентируйтесь на материал , которым покрыта крыша дома.

1. Штыревое (или стержневое) устройство молниеприемника - это возвышающийся над домом металлический вертикальный стержень (смотрите рисунок ниже).

Подходит для крыши из любого материала , но предпочтительнее все-таки для металлической кровли . Высота штыревого молниеприемника не должна превышать 2 метра. А крепится он либо на отдельно стоящую несущую опору, либо непосредственно на сам дом.

Материалы для изготовления:

Стальная труба (20 -25 мм диаметром, со стенкой 2,5 мм толщиной). Ее верхний конец либо расплющивается, либо заваривается под конус. Можно также изготовить и приварить к верхнему краю трубы специальную заглушку в виде иглы.

Стальная проволока (8 -14 мм). Причем токоотвод должен быть точно такого же диаметра.

Любой стальной профиль (например, уголок или полосовая сталь не менее 4 мм в толщину и 25 мм в ширину).

Главное условие для всех этих стальных материалов - сечение минимум 50 мм².

2. Тросовое устройство молниеприемника - это натянутый по коньку на высоте до 0,5 м от крыши трос с минимальным сечением 35 мм² или проволока.

Обыкновенно применяется стальной оцинкованный канат. Данный вид молниеприемника подходит для деревянных либо шиферных крыш .

Закрепляется он на двух (1-2 метра) опорах из дерева, либо металла, но на металлические опоры необходимо установить изоляторы. С токоотводом трос соединяют при помощи плашечных зажимов .

3. Сетчатое устройство системы молниеприемника - это проложенная над крышей сетка толщиной 6 -8 мм. Эта конструкция самая сложная по исполнению. Применяется для крыш, покрытых черепицей .

4. Ну и совсем редко используется покрывное устройство молниезащиты - это когда в качестве молниеприемников выступают металлические конструктивные элементы самого дома (кровля, фермы, ограждение крыши, водосточная труба).

Все рассмотренные конструкции молниеприемников надежно соединяются при помощи сварки с токоотводом и через токоотвод с заземлителем одно- или двухбоковым сварным швом минимум 100 мм в длину.

(спуск) - средняя часть молниеотвода, представляющая собой металлический проводник с минимальным сечением для стали 50 , для меди 16 и для алюминия 25 мм в квадрате.

Главное предназначение токоотвода - это обеспечение прохождения разрядного тока от молниеприемника к заземлителю.

Идеальный путь для прохождения электротока - кратчайшая прямая, направленная строго вниз. Избегайте при монтаже молниеотвода поворотов под острым углом. Это чревато возникновением искрового разряда между близкорасположенными участками токоотвода, что приведет к неизбежному воспламенению.

Самый ходовой материал для токоотвода - неизолированная стальная проволока-катанка или полоса. Его проводят только по несгораемым поверхностям . На горючие стены следует устанавливать металлические скобки, которые сами будучи в контакте с горючей поверхностью защитят токоотвод.

Минимальное расстояние от стены до токоотвода 15-20 см.

Надо проложить его так, чтобы не было точек соприкосновения с такими элементами дома, как крыльцо, входная дверь, окно, металлические гаражные ворота.

Мы знаем, что соединять части молниеотвода лучше сваркой , но если это невозможно, допускается сопряжение токоотвода с заземлителем и молниеприемником при помощи трех заклепок или двух болтов . Длина наложения токоотвода на другие части системы при заклепочном соединении равна 150 , а при болтовом - 120 мм.

Конец не оцинкованной проволоки-катанки и место крепления проволочного токоотвода к стальным деталям для обеспечения надежного контакта нужно зачистить , а оцинкованную достаточно отмыть от пыли и грязи. Затем на конце проволоки делают петельку либо крючок, ставят с обеих сторон шайбы и как можно сильнее стягивают все это болтом.

Места соединения (если это не сварка) к тому же нужно обмотать в несколько слоев изолентой, затем грубой тканью, поверх перекрутить толстой ниткой и покрыть все краской.

Для улучшения контакта можно обработать концы проволоки оловом и спаять.

(заземляющие электроды ) - находящаяся в земле, нижняя часть молниеотвода, обеспечивающая надежный контакт токоотвода с грунтом.

Как правильно обустроить заземление, описано в ГОСТ ах и СНИП ах, но для самого простого варианта достаточно не менее одного метра от края фундамента и не ближе 5 метров от входа в здание закопать П -образную конструкцию из металлических проводников.

С задачей способен справиться обычный контур заземления (его делают для бытовых электроприборов).

Это 3 забитые и закопанные в землю электрода, соединенные между собой на одинаковом расстоянии горизонтальными заземлителями. Закапывать заземляющую конструкцию следует ниже максимального уровня промерзания почвы. От 0,5 до 0,8 метра в глубину.

Для заземлителя берут прокатную сталь сечением 80 мм, реже медь сечением 5о мм в квадрате. Вертикальные заземляющие электроды бывают 2-3 метра в длину, но чем ближе уровень грунтовых вод, тем они короче.

Если почва на вашей даче постоянно находится во влажном состоянии, то достаточно будет и метрового или полуметрового штыря.

На какую глубину забивать и какое количество электродов будет необходимо можно узнать в энергослужбе по месту проживания.

Нужно помнить, что качество заземления зависит от размера площади контакта заземлителя с почвой и удельного сопротивления самого грунта.

Заземлитель для молниеотвода нужен отдельный , не следует заземлять молниеприемник на бытовой контур. Категорически не советуем экспериментировать . Чревато последствиями.

Предлагаем посмотреть видео с наглядной схемой монтажа молниезащиты:

Согласно нормативным документам, для частных жилых домов установка систем молниезащиты необязательна . И только вам решать вопрос о целесообразности монтажа молниеотвода (громоотвода) на даче. Надеемся, что статья поможет принять правильное решение.

Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой удар молнии. Поэтому он должен надежно противостоять механическим и тепловым воздействиям тока и высокотемпературного канала молнии. Несущая конструкция несет на себе молниеприемник и токоотвод, объединяет все элементы молниеотвода в единую, жесткую, механически прочную конструкцию. В электроустановках молниеотводы устанавливаются вблизи токоведущих частей, находящихся под рабочим напряжением. Падение молниеотвода на токоведущие элементы электроустановки вызывает тяжелую аварию. Поэтому несущая конструкция молниеотвода должна иметь высокую механическую прочность, которая исключила бы в эксплуатации случаи падения молниеотвода на оборудование электростанций и подстанций. Молниеотвод должен иметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом растеканию импульсного тока. Защитное свойство стержневых молниеотводов заключается в том, что они ориентируют на себя лидер формирующегося грозового разряда. Разряд происходит обязательно в вершину молниеотвода, если он формируется в некоторой области, расположенной над молниеотводом. Эта область имеет вид расширяющегося вверх конуса и называется зоной 100%-го поражения.

Опытными данными установлено, что высота ориентировки молнии H зависит от высоты молниеотвода h. Для молниеотводов высотой до 30 метров:

а для молниеотводов высотой более 30 метров H=600 м.

где - активная часть молниеотвода, соответствующая его превышению над высотой защищаемого объекта:

Рисунок 1.1 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 - граница зоны защиты; 2 - сечение зоны защиты на уровне.

Для расчёта радиуса защиты в любой точке защитной зоны, в том числе и на уровне высоты защищаемого объекта, используется формула:

где - поправочный коэффициент, равный 1 для молниеотводов высотой меньше 30 метров и равный для более высоких молниеотводов.

Зоны защиты протяженных объектов в которых используется несколько молниеотводов, целесообразно, чтобы зоны их 100%-го поражения смыкались над объектом или даже перекрывали друг друга, исключая вертикальный прорыв молнии на объект защиты Расстояние (S) между осями молниеотводов должно быть равно или меньше величины, определяемой из зависимости:

Зона защиты двух и четырёх стержневых молниеотводов в плане на уровне высоты защищаемого объекта имеет очертания, приведённые на рисунке 1.3, а, б.

Наименьшая ширина зоны защиты, показанный на чертеже радиус защиты определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, а определяется по специальным кривым. На рисунке 1.2 показаны конструкции стержневых молниеотводов. Если у молниеотводах высотой до 30 метров, расположенных на расстоянии, наименьшая ширина зоны защиты равна нулю.

Рисунок 1.2 Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных опорах: а -из вибрированного бетона; б - центрифугированного бетона

Рисунок 1.3 Стержневые молниеотводы на металлических опорах: а - тросовый молниеотвод (несущая конструкция); б - стержневой молниеотвод (несущая конструкция)

На рисунке 1.3 показаны конструкции стержневых молниеотводов на металлических опорах. Радиусы защиты определяются в этом случае так же, как и для одиночных молниеотводов. Размер определяется по кривым для каждой пары молниеотводов. Диагональ четырёхугольника или диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, образованного тремя молниеотводами, по условиям защищённости всей площади должны удовлетворять зависимости:

Для молниеотводов высотой меньше 30 м:

Для молниеотводов высотой более 30 м:

Отдельно стоящие стержневые молниеотводы с металлическими опорами устанавливаются на железобетонных фундаментах. Токоотводамп для таких молниеотводов служат несущие конструкции. На металлических и железобетонных конструкциях ОРУ, как правило, устанавливаются молниеотводы с металлическими несущими частями. Конструкция их крепления определяется особенностями той конструкции ОРУ, к которой крепится стержневой молниеотвод. Обычно конструкция молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, представляет собой стальную трубу, нередко состоящую из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решетчатую конструкцию из угловой стали. Потенциал на молниеотводе в момент разряда определяется зависимостью:

где - импульсное сопротивление заземления молниеотвода 5-25 Ом;

Ток молнии в хорошо заземлённом объекте.

Потенциал на молниеотводе определяется:

где - крутизна фронта волны тока;

• - точка молниеотвода на высоте объекта;
• - удельная индуктивность молниеотвода.

Для расчёта минимального допустимого приближения объекта к молниеотводу можно исходить из зависимости:

где - допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая 500 кВ/м.

Руководящие указания по защите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода принимать равным:

Эта зависимость справедлива при токе молнии, равным 150 кА, крутизне тока 32 кА/мксек и индуктивности молниеотвода 1,5 мкГн/м. Независимо от результатов расчёта, расстояние между объектом и молниеотводом должно быть не менее 6 метров.

Тросовый молниеотвод. Значения коэффициентов k и z берутся в зависимости от допускаемой вероятности прорыва молнии в зону защиты. Вероятность прорыва молнии в зону защиты равна отношению числа разрядов молнии в защищаемое сооружение к общему числу разрядов молнии в молниеотвод и защищаемое сооружение. Если допускается вероятность прорыва молнии в зону защиты 0,01, то коэффициент 1, а при допускаемой вероятности 0,001, т. е. защитные зоны тросовых молниеотводов несколько меньше защитных зон стержневых молниеотводов. Форма зоны защиты двух параллельных тросовых молниеотводов высотой до 30 м. Внешние границы зоны защиты каждого троса определяются так же, как и для одиночного тросового молниеотвода. В зависимости от конструкции опор, могут быть применены один или два троса, наглухо присоединённые к металлической опоре или к заземляющим металлическим спускам деревянных опор. Для предохранения троса от пережога током молнии и контроля заземления опоры крепления троса производится с помощью одного подвесного изолятора, шунтированного искровым промежутком. Эффективность тросовой защиты тем выше, чем меньше угол, образованный вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним из проводов. Этот угол называют защитным углом, принимая его величину в пределах

Зона защиты двух тросовых молниеотводов высотой более 30 м. Метод построения зоны защиты для этого случая такой же, как и для тросовых молниеотводов высотой до 30 м, но на расстоянии от вершины зона усекается так же, как у одиночных тросовых молниеотводов. Ширина защитной зоны, исключающей прямое поражение проводов на уровне высоты их подвеса, определяется зависимостью:

Эта зависимость справедлива для высоты подвеса троса 30 м и ниже.

Причины загораний комплектующих элементов

1.4. Вероятностная оценка пожароопасных отказов в электротехнических устройствах

1.5. Пожарная опасность комплектующих элементов электротехнических устройств

Глава 2

Нормативная оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

Аналитическая оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

2.2. Классификация взрывоопасных смесей по группам и категориям

2.3. Взрывозащищенное электрооборудование Классификация взрывозащищенного электрооборудования

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка»

Электрооборудование взрывозащищенное с защитой вида «е» (повышенной надежности против взрыва)

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь»

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «масляное заполнение оболочки с токоведущими частями»

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением»

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «кварцевое заполнение оболочки»

Электрооборудование взрывозащищенное со специальным видом взрывозащиты

2.4. Маркировка взрывозащищенного электрооборудования

2.5. Зарубежное взрывозащищенное электрооборудование

2.6. Особенности выбора, монтажа, эксплуатации и ремонта взрывозащищенного электрооборудования

2.7. Особенности выбора, монтажа и эксплуатации электрооборудования пожароопасных зон и помещений с нормальной средой

2.8. Контроль за противопожарным состоянием электроустановок

Глава 3 аппараты защиты в электроустановках

3.1. Плавкие предохранители Принцип устройства и работы плавких предохранителей

Защитная характеристика предохранителя

Способы улучшения защитных характеристик предохранителей

Типы плавких предохранителей для установок напряжением до 1000 в

3.2. Автоматические выключатели (автоматы)

Устройство и принцип работы небыстродействующих автоматов

Защитные характеристики автоматов

Типы установочных автоматов

3.3. Тепловые реле

3.4. Выбор аппаратов защиты

Требования к аппаратам защиты

Iср.Эл.М 1,25Iмакс;

Iкз (к) / Iн.Тепл 6;

Iкз (к) / Iн.Тепл 3.

Селективность (избирательность) действия аппаратов защиты

Выбор мест установки аппаратов защиты в зависимости от условий пожарной безопасности и технических условий

3.5. Устройство защитного отключения (узо)

Глава 4 пожарная безопасность и методы расчета электрических сетей

4.1. Нагрев проводников электрическим током

4.2. Допустимая нагрузка на проводники по нагреву

4.3. Пожарная опасность короткого замыкания в электрических сетях

4.4. Противопожарная защита электрических сетей при проектировании

Расчет сетей по условиям нагрева. Выбор аппаратов защиты

Расчет сетей по потере напряжения

4.5. Противопожарная защита электрических сетей при монтаже и эксплуатации

4.6. Профилактика пожаров на вводах электрических сетей в здания и сооружения объектов агропромышленного комплекса

Глава 5 электродвигатели, трансформаторы и аппараты управления

5.1. Общие сведения об электродвигателях

5.2. Аварийные пожароопасные режимы работы электродвигателей

5.3. Пожарная опасность трансформаторов

5.4. Снижение пожароопасности электроизоляции обмоток элетродвигателей и трансформаторов

5.5. Пожарная опасность электрических аппаратов управления

Глава 6 электроосветительные установки

6.2. Осветительные приборы и светильники

6.3. Системы и виды электрического освещения

6.4. Расчет электрического освещения

6.5. Пожарная опасность осветительных приборов

6.6. Профилактика пожаров от осветительных приборов

Глава 7 заземление и зануление в электроустановках напряжением до 1000 в

7.1. Опасность поражения электрическим током

7.2. Заземление и зануление электроустановок как устройств электро- и пожарной безопасности

7.3. Устройство заземлений и занулений

7.4. Расчет заземляющих устройств

7.5. Защитные заземления и зануления во взрывоопасных зонах

7.6. Эксплуатация и испытания заземляющих устройств

Глава 8 молниезащита

8.1. Молния и ее характеристики

8.2. Пожаро- и взрывоопасность воздействия молнии

Воздействия прямого удара молнии

Вторичные воздействия молнии

8.3. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты Категории молниезащиты

Обязательность устройства молниезащиты

Требования к устройствам молниезащиты

8.4. Молниеотводы

Конструктивное выполнение молниеотводов

Зоны защиты молниеотводов

8.5. Защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии Защита зданий и сооружений I категории

Защита зданий и сооружений II категории

Защита взрывоопасных наружных технологических установок и открытых складов

Защита зданий и сооружений III категории

8.6. Защита зданий и сооружений от вторичных воздействий молнии

8.7. Эксплуатация устройств молниезащиты Испытания и приемка в эксплуатацию устройств молниезащиты

Контроль состояния и обслуживание устройств молниезащиты

Глава 9 защита взрывоопасных производств от разрядов статического электричества

9.1. Общие представления об электризации

9.2. Воспламеняющая способность искр статического электричества и его физиологическое воздействие на организм человека

9.3. Приборы для измерения параметров статического электричества

9.4. Способы устранения опасности статического электричества

Заземление

Уменьшение объемного и поверхностного удельных электрических сопротивлений

Ионизация воздуха

Дополнительные способы уменьшения опасности от статической электризации

9.5. Эксплуатация устройств защиты от разрядов статического электричества

Глава 10 технико-экономическая эффективность решений противопожарной защиты электроустановок, молниезащиты и защиты от статического электричества

Приложения

Технические данные предохранителей

Технические данные автоматов серии а3100

Технические характеристики автоматов а3713б

Технические данные автоматов типа ап-50 с комбинированным расцепителем на переменный ток

Технические характеристики автоматов серии ва

Технические параметры однополюсных автоматов серии ае1000 и трехполюсных серии ае200

Технические данные магнитных пускателей серии пме и па

Допустимая потеря напряжения в осветительных и силовых сетях

Значение коэффициента с для определения (по упрощенной формуле) сечений проводников и потери напряжения в электропроводках

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей ηв и горизонтальных соединительных полос ηг

Перечень стандартов на взрывозащищенное электрооборудование

Литература

129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4

8.4. Молниеотводы

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод – устройство, рассчитанное на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящее ее ток в землю.

Конструктивное выполнение молниеотводов

Здания и сооружения от прямых ударов защищают молниеотводами, каждый из которых конструктивно состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем, и заземлителя, через который ток молнии стекает в землю. Вертикальная конструкция (столб, мачта) или часть сооружения, предназначенная для закрепления молниеприемника и токоотвода, называется опорой молниеотвода.

Опоры стержневых и тросовых молниеотводов, как отдельно стоящих, так и устанавливаемых на защищаемом объекте, могут быть деревянными, металлическими и железобетонными (рис. 8.9).

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. В землю опора зарывается на 0,1–0,2 ее полной высоты в зависимости от грунта. Для опор используют древесину хвойной породы (сосна, лиственница, ель, пихта). Диаметр бревна в верхнем срубе должен быть не менее 100 мм.

Опоры высотой более 8-10 м выполняют на одном или двух пасынках (рис. 8.9, а ), высота которых зависит от высоты молниеотвода. Для увеличения срока службы деревянных опор рекомендуется применять железобетонные пасынки, особенно в грунтах, где процесс гниения наиболее интенсивен (в суглинках). Железобетонные пасынки изготовляют из бетона марки не ниже М200, армированного круглой сталью марки Ст 3 или Ст 5. В поперечнике пасынки могут быть прямоугольного двутаврового, круглого и других сечений.

Рис. 8.9. Конструкции стержневых молниеотводов и молниеприемников:

а – на деревянной опоре;б – металлический решетчатый типа М-25;в – на железобетонной опоре;г – молниеприемник из металлических труб, установленных на крыше;1 – опора (стойка);2 – молниеприемник;3 – подножник;4 – токопровод (спуск);5 – фланец;6 – оттяжка

Металлическую опору для молниеотвода высотой 20-75 м (рис. 8.9, б ) чаще всего выполняют в виде жесткой решетчатой конструкции. Ее устанавливают на четырех железобетонных подножниках, 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. 8.9, в ), 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 токоотвода. Но именно эти места оказываются нередко ненадежными, так как требуется либо вывод части арматуры наружу, либо пропуск в нее соединительных проводников. На этих участках постепенно начинается разрушение, особенно в прибрежных районах морей. Железобетонные опоры экономически более выгодны, они проще в эксплуатации и долговечны. Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов – с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузки.

Молниеотводы, устанавливаемые на сооружении, делятся на настенные и кровельные . Первые применяют чаще, их молниеприемники изготавливают из трубы или угловой стали и закрепляют посредством скоб, хомутов или кронштейнов. Молниеприемники кровельные (рис. 8.9, г ) 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. Опорами стержневых молниеотводов могут служить стволы деревьев, растущих вблизи защищаемых зданий и сооружений. При этом если дерево находится на расстоянии менее 5 м от зданий и сооружений III, IV и V степени огнестойкости (II и III категория молниезащиты), то необходимо по стене защищаемого здания против ствола проложить токоотвод и присоединить под землей к заземлителю или же от молниеприемника токоотвод перебросить на другое дерево, на отдельную стойку, отстоящие от здания более чем на 5 м. Если дерево невысокое, то на него устанавливают шест с молниеприемником, это удешевляет молниезащиту. Кроме того, деревья создают дополнительное экранирование от заряженного облака.

Для тросовых молниеотводов можно использовать те же опоры, но требуется иногда повышать их устойчивость оттяжками или подкосами. Выбор того или иного материала опор обуславливается в основном необходимой высотой молниеотводов, расчетными механическими нагрузками, а также экономическими соображениями. Следует также учитывать их сочетание с архитектурой защищаемого объекта, климатическими условиями.

Молниеприемники стержневые, тросовые и в виде сетки непосредственно воспринимают прямой удар молнии и должны выдерживать ее термическое и динамическое воздействия, быть надежными в эксплуатации.

Стержневые молниеприемники изготовляются из покрытой антикоррозийной защитой (оцинкование, лужение, покраска) круглой и угловой стали или из некондиционных водогазопроводных труб. Конец трубы сплющивают или надежно закрывают металлической пробкой. Наименьшее сечение молниеприемника должно быть 100 мм 2 (это позволяет выдержать термические и динамические воздействия тока молнии), а длина не менее 200 мм.

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.

Применяют молниеприемники и в виде сетки, сваренной из круглой стали диаметром 6-8 мм или полосовой стали сечением не менее 48 мм 2 , уложенных на кровлю под гидро- или теплоизоляцию (если они несгораемые). Это не затруднит отток воды с кровли и очистку от снега. Шаг ячейки берут 66 м для зданий II категории, а для зданий III - 1212 м.

Однако укладка сеток рациональна лишь в зданиях с горизонтальными крышами, где равновероятно поражение молнией любого их участка. При больших уклонах крыши наиболее вероятны удары молнии вблизи ее конька, и в этих участках укладка сетки по всей поверхности кровли приведет к неоправданным затратам металла. В этом случае более экономичен вариант установки стержневых или тросовых молниеприемников, в зону защиты которых входит весь объект. По этой причине укладка молниеприемной сетки рекомендуется на неметаллических кровлях с уклоном не более 1:8.

Иногда возвышающиеся элементы кровли снабжают молниеприемниками, соединенными с сеткой посредством сварки. На деревьях молниеприемником может служить выступающий конец токоотвода в виде петли на участке до 400 мм от верхней точки. Тросовый молниеприемник выполняют из стального многопроволочного и только оцинкованного троса диаметром до 7 мм (сечение не менее 35 мм 2).

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. Не рекомендуется применять многопроволочный стальной трос, если у него не оцинкована каждая нить. Наименьшее сечение токоотводов, выполненных из угловой и полосовой стали и расположенных вне сооружения на воздухе, равно 48 мм 2 , для расположенных внутри – 24 мм 2 , а круглые токоотводы должны иметь наименьший диаметр 6 мм. 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). Количество их необходимо резко ограничить. Болтовые соединения допускают только для объектов сIII категорией устройства молниезащиты и тогда их не окрашивают, а лудят. С заземлителями токоотводы соединяют только сваркой, и площадь контакта во всех случаях не менее двух площадей сечения деталей, а длина – около шести диаметров проволоки или двойной ширины полосы или полки уголка. Если токоотводы присоединяют к отдельным заземлителям и они электрически связаны друг с другом, то на высоте около 1,5 м от поверхности земли устанавливают надежный болтовой зажим, позволяющий отсоединить токоотвод для контроля заземлителя (рис. 8.10). Токоотводы от молниеприемников прокладывают кратчайшим путем к заземлителю. От входов в здания их нужно располагать на таком расстоянии, чтобы с ними не могли соприкасаться люди. Необходимо избегать острых углов и тем более петель в токоотводе, так как значительные электродинамические усилия при больших токах молнии могут разорвать его на этих участках или вызвать искровое перекрытие между ближайшими точками петли. Металлическая кровля, короба и трубы могут быть соединены с токоотводами болтовыми зажимами (рис. 8.11).

Заземляющие устройства являются важнейшим элементом в комплексе средств обеспечения защиты объектов от прямого удара молнии, заноса высоких потенциалов по коммуникациям и электростатической индукции. Основной частью их являются собственно заземлители, находящиеся в достаточно хорошо проводящей среде.

Заземлитель молниезащиты – один или несколько заглубленных в землю проводников, предназначенных для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений, возникающих на металлических корпусах, коммуникациях при близких разрядах молнии. Они бывают одиночными (простыми) или сложными (комбинированными). К первым относятся трубы, электроды из круглой, полосовой, угловой и листовой стали, железобетонные подножки и сваи, а сложные образуются из комбинаций простых. Одиночные делятся на сосредоточенные и протяженные. У первых потенциал практически по длине не изменяется, у вторых потенциалы начала и конца отличаются друг от друга вследствие большой длины электродов, малого их сечения, высокого удельного сопротивления материалов или высокой удельной проводимости грунта.

Рис. 8.11. Зажим для присоединения плоского (а ) и круглого (б ) токоотводов к металлической кровле:

1 – токоотвод;2 – кровля;3 – свинцовая прокладка;4 – стальная пластина;5 – пластина с приваренным токоотводом

Еще различают искусственные и естественные заземлители.

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

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

Заземлители могут быть поверхностными и углубленными . Последние обычно изготовляют из круглой или полосовой стали и укладывают в глубокие котлованы или траншеи, чаще всего по периметру фундамента, если последний не может быть использован в качестве естественного заземлителя. Наконец, существуют вертикальные заземлители (обычно стержни из круглой или угловой стали и трубы, железобетонные подножники и сваи, забиваемые в землю, реже – стальные круглые стержни, ввинченные в грунт) и горизонтальные, изготовленные из любой профильной стали, закапываемые неглубоко в грунт.

Вертикальные заземлители более эффективны, так как большая их часть располагается во влажных и менее промерзающих слоях почвы. Их длину берут от 2 до 5 м и применяют в глинистых или смешанных грунтах с удельным сопротивлением  менее 300 Омм и при сравнительно высоком уровне грунтовых вод. Если же верхние слои почвы обладают высоким  и этот уровень низок, то длину электродов увеличивают до 4-6 м. Наиболее употребительны и удобны заземлители из круглой стали диаметром 12-30 мм, угловой с шириной полок 40-50 мм, толщиной не менее 4 мм и трубы (чаще всего некондиционные или непригодные к дальнейшему использованию по назначению) с наружным диаметром 25-60 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм. Верхний конец вертикальных заземлителей располагают от поверхности земли на 0,5-1 м. На этом уровне высыхание или промерзание грунта затруднено.

Горизонтальные заземлители используют в грунтах с длительно влажными верхними слоями, где трудно забивать вертикальные электроды (гористая местность, районы вечной мерзлоты). Если грунт обладает плохой проводимостью (песок), то траншею для горизонтальных заземлителей заполняют другим грунтом, удобренным солями или их растворами. Для электродов берут преимущественно полосовую сталь сечением не менее 160 мм 2 (404 мм) и реже круглую сталь эквивалентного сечения. Электроды укладывают на глубину 0,6-0,8 м в виде одного или нескольких симметричных лучей, длина каждого из них, считая от токоотвода, обычно не превышает 25-30 м. Чем больше удельное сопротивление грунта, тем больше длина луча и их число. Электроды любого типа соединяют между собой и с токоотводами только сваркой.

Конструкция заземлителя зависит от типа молниеотвода, т.е. отдельно стоящего или установленного на здании.

При отдельно стоящих молниеотводах приемлемыми, без расчета их импульсного сопротивления растеканию тока молнии r и, являются типовые конструкции заземлителей, приведенные в табл. 8.1 (см. также ).

При расположении молниеотвода на защищаемом здании в качестве заземлителей рекомендуется широко использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений.

Таблица 8.1

	Заземлитель		Размеры, м
	Железобетонный подножник		a  1,8 b  0,4 l  2,2
	Железобетонная свая		d = 0,250,4 l  5
	Стальной двухстержневой: полоса размером 404 мм стержни диаметром d = 1020 мм		t  0,5 l = 35 c = 35
	Стальной трехстержневой: полоса размером 40 х 4 мм стержни диаметром d = 10  20 мм		t  0,5 l = 35

Металлические и железобетонные конструкции зданий I категории по устройству молниезащиты могут быть использованы только для защитного заземления электроустановок и защиты от вторичных воздействий молнии. Для зданий II и III категории металлические и железобетонные конструкции используются и для защиты от прямых ударов молнии. Устройство молниезащиты зданий в железобетонном исполнении включает молниеприемную сетку, соединяемую сваркой с арматурой всех колонн. Ток молнии через нее попадает на арматуру колонн, затем стекает на арматуру фундамента и через защитный слой бетона – в землю.

Основанием для использования арматуры железобетонных фундаментов в качестве заземлителей являются свойства бетона во влажном состоянии иметь проводимость, сопоставимую с проводимостью грунта, окружающего фундамент. При этом выполняются условия сохранения несущей способности здания и исключаются условия разрушения арматурных стержней и бетона от электрической коррозии, что обеспечивается уменьшением плотности тока, стекающего с арматуры фундамента, и ограничением его стекания через бетон в надземных конструкциях. Указанные меры включают объединение в единую систему всех железобетонных (или металлических) конструкций, соединение с помощью сварки всех элементов арматурного каркаса и создание непрерывной электрической цепи по арматуре.

Битумные и битумно-латексные покрытия фундаментов не являются препятствием для использования их в качестве заземлителей.

В средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта менее 3 % использовать железобетонные фундаменты в качестве заземлителей не допускается.

При использовании в качестве заземляющих устройств все элементы металлических и железобетонных конструкций (фундаменты, колонны, фермы, стропильные, подстропильные и подкрановые балки) должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу, а в железобетонных элементах (колоннах) дополнительно должны предусматриваться закладные детали (изделия) для присоединения электротехнического и технологического оборудования.

В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ.

Нормирование заземлителей молниезащиты. Принятый в инструкции подход к нормированию и выбору заземлителей молниезащиты зданий и сооружений учитывает, что одним из эффективных способов ограничения грозовых перенапряжений в цепи молниеотвода, а также на металлических конструкциях и оборудовании объекта является обеспечение низких сопротивлений заземлителей растеканию в земле токов молнии. Поэтому при выборе молниезащиты нормированию подлежит сопротивление заземлителя или другие его характеристики, связанные с его сопротивлением.

До введения в нормативную практику для заземлителей молниезащиты нормировалось импульсное r и сопротивление растеканию токов молнии: его максимально допустимое значение было принято равным 10 Ом для зданий и сооружений I и II категорий и 20 Ом для зданий и сооружений III категории. При этом допускалось увеличение импульсного сопротивления до 40 Ом в грунтах с удельным сопротивлением более 500 Омм при одновременном удалении молниеотводов от объектов I категории на расстояние, гарантирующее от пробоя по воздуху и в земле. Для наружных установок максимально допустимое импульсное сопротивление было принято не более 50 Ом.

Импульсное сопротивление заземлителя является количественной характеристикой сложных физических процессов при растекании в земле токов молнии. Его значение отличается от сопротивления заземлителя при растекании токов промышленной частоты и зависит от нескольких параметров тока молнии (амплитуда, крутизна, длина фронта), варьирующихся в широких пределах. С увеличением тока молнии импульсное сопротивление заземлителя падает, причем в возможном интервале распределение токов молнии (от единиц до сотен килоампер) его значение может уменьшаться в 2-5 раз.

Поскольку при проектировании заземлителя нельзя предсказать значения токов молнии, которые будут через него растекаться, то, следовательно, невозможно оценить наперед соответствующие значения импульсных сопротивлений. С учетом этих условий нормирование заземлителей по их импульсному сопротивлению имеет очевидные неудобства. Разумнее выбирать конкретные конструкции (см. табл. 8.1) по следующему условию: импульсные сопротивления заземлителей во всем возможном диапазоне токов молнии не должны превышать указанных максимально допустимых значений.

Такое нормирование было принято в инструкции , где для ряда типовых конструкций заземлителей (см. табл. 8.1) были подсчитаны импульсные сопротивления при колебаниях токов молнии от 5 до 100 кА и по результатам расчетов проведен отбор заземлителей, удовлетворяющих принятому условию.

Наиболее распространенными и рекомендуемыми конструкциями заземлителей являются железобетонные фундаменты. К ним предъявляются дополнительные требования - исключение механических разрушений бетона при растекании через фундамент токов молнии. Исследования показали, что железобетонные конструкции выдерживают большие плотности растекающихся по арматуре токов молнии, что связано с кратковременностью этого растекания. Так, единичные железобетонные фундаменты (сваи длиной не менее 5 или подножники длиной не менее 2 м) способные без разрушения выдерживать токи молнии до 100 кА. Поэтому в табл. 8.1 заданы допустимые размеры единичных железобетонных заземлителей. Для фундаментов больших размеров с соответственно большей поверхностью арматуры опасная для разрушения бетона плотность тока маловероятна при любых возможных токах молнии.

Нормирование параметров заземлителей по их типовым конструкциям имеет ряд достоинств: оно соответствует принятой в строительной практике унификации железобетонных фундаментов с учетом их повсеместного использования в качестве естественных заземлителей; при выборе молниезащиты не требуется выполнять расчеты импульсных сопротивлений заземлителей, что сокращает затраты и объем проектных работ.

Опасность поражения током молнии. При растекании тока с заземлителя или с любого другого подземного металлического предмета в грунте образуется потенциальное (электрическое) поле. Распределение потенциала на поверхности земли при протекании тока молнии через трубчатый заземлитель показано на рис. 8.12. Оно зависит от геометрических размеров электрода, способа его установки, но не зависит от электрических свойств однородного грунта. На небольших удалениях от оси трубы потенциал уменьшается резко, после чего уменьшение делается более плавным. Считают, что на расстоянии x более 20 l потенциал на поверхности земли равен нулю. Наибольший потенциал появляется на самом заземлителе и он равен
.

Рис. 8.12. Изменение потенциала на поверхности земли у заземлителя при растекании тока молнии

Если вблизи заземлителя будет находиться человек и расстояние между его ступнями равно S , то он подвергается действию шагового напряжения U ш, равного разности потенциалов U 1 и U 2 в точках 1 и 2 , где находятся ступни. Это может быть опасным для жизни. Еще более опасно, если одна нога окажется непосредственно на заземлителе или человек прикоснется к заземлителю. Тогда он подвергается большей разности потенциалов, равной U м - U 3 , и называемой напряжением прикосновения U пр .

Снижения шагового напряжения и напряжения прикосновения можно добиться уменьшением сопротивления r и до значения ниже 10 Ом, что довольно трудно, и применением параллельно включенных добавочных электродов, выравнивающих потенциал внутри и вне контура заземлителей. Рациональным распределением вертикальных заземлителей, расположенных по контуру или лучам, и связывающих их горизонтальных электродов можно добиться безопасного распределения потенциала по любому направлению от точки присоединения токоотвода. Для безопасности рекомендуется ограждать или во время грозы не допускать людей к заземлителям ближе 5 м, располагать эти заземлители дальше от дорог, тротуаров или располагать под асфальтовым покрытием.