Какие бывают категории молниезащиты зданий и сооружений

Что такое категории молниезащиты зданий и сооружений

Все здания и сооружения принято делить на три группы в соответствии с РД 34.21.122-87 по необходимым мерам молниезащиты. Причисление к одной либо другой категории зависит от значимости сооружения, наличия в нем взрыво- либо пожароопасных веществ, от частоты попадания молнии в здание и от некоторых других критериев.

Первая категория

Самый высокий уровень молниезащиты – первый. Он применим для зданий со взрывоопасными зонами. Молниезащита таких зданий выполняется при помощи тросовых или стержневых молниеотводов, которые стоят отдельно друг от друга. Учтите, что вместе с этим необходимо верно подобрать заземлитель. С этой целью используются следующие варианты:

• Один подножник из железобетона, длина которого не менее 1,8 метров. И вместе с ним одна железобетонная свая, длина которой должна достигать порядка 6 метров.
• Одна опора диаметром не менее 0,5 м, сделанная из железобетона. При этом ее следует заглубить в землю не менее чем на 6 метров.
• Фундамент из железобетона, площадь поверхности контакта с землей которого довольно обширна. При этом фундамент может быть различенной формы.
• Искусственный заземлитель, который будет состоять из нескольких объединенных электродов.

Вторая категория

Ко второй категории относят здания, которые тоже содержат в себе взрывоопасные вещества. Сюда же можно отнести и  наружные технологические установки, открытые склады с горючими либо взрывоопасными смесями и жидкостями, которые легко воспламеняются.

Вторая категория молниезащиты зданий и сооружений призвана обеспечить защиту от непосредственного попадания разряда, от заноса потенциалов через надземные либо подземные коммуникации, а также от электромагнитной индукции.

Молниезащита по второй категории выполняется в виде молниеприемной сетки с определенным шагом ячейки, а также отдельно стоящими или установленными на защищаемом объекте тросовых или стержневых молниеприемников.

Третья категория

Этот уровень предназначен для зданий, которые расположены на территории, где грозы длятся более 20 часов в год.

Данная категория молниезащиты направлена на то, чтобы защитить от прямого попадания молнии, а также от заноса высокого потенциала.

Защита сооружений, относящихся к третьей категории молниезащиты, выполняется аналогично второй категории.

Другие случаи

В некоторых случаях устройство молниезащиты не требуется. Например, если кровля является естественным молниеприемником. Сама кровля может являться естественным молниеприемником в следующих случаях:

1. Толщина металлической кровли ≥ 4 мм;
2. Толщина медной кровли ≥ 5 мм;
3. Толщина алюминиевой кровли ≥ 7 мм

Вам это может быть интересно:

Внешняя молниезащита: назначение, состав, применяемые материалы, регламентирующие документы, классификация зданий и сооружений по степени молниезащиты

В статье Вы узнаете о том, из каких элементов состоит система и для чего нужен каждый из них, какие материалы используются и как они совместимы друг с другом, на киких стандартах и нормах базируется монтаж, по каким категориям классифицируются объекты в соответствии с базовыми инструкциями СО 153-343.21.122-2003 и РД 34.21-122-87.

Промышленная грозозащита

Читайте на какие типы в зависимости от степени взрыво- и пожаробезопасности делятся объекты, что необходимо учитывать при проектировании, монтаже и обслуживании систем молниезащиты промышленных сооружений и коммуникаций.

Молниезащита котельных

Молниезащита АЗС и складов ГСМ

Комплексная грозозащита церквей и памятников архитектуры

РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений / 34 21 122 87

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

Утверждена
Главтехуправлением
Минэнерго СССР
12 октября 1987 г.

ИНСТРУКЦИЯ
ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

РД 34.21.122-87

 

Согласована
Госстроем СССР
Письмо № АЧ-3945-8
от 30 июля 1987 г.

 

 

Разработчик Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г.М. Кржижановского

Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87

Инструкция устанавливает комплекс мероприятий и устройств для обеспечения безопасности людей (сельскохозяйственных животных), предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, пожаров, разрушений при воздействии молнии. Инструкция обязательна для всех министерств и ведомств.

Предназначена для специалистов, проектирующих здания и сооружения.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Требования настоящей Инструкции обязательны для выполнения всеми министерствами и ведомствами.

Инструкция устанавливает необходимый комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей (сельскохозяйственных животных), предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, пожаров и разрушений, возможных при воздействиях молнии.

Инструкция должна соблюдаться при разработке проектов зданий и сооружений.

Инструкция не распространяется на проектирование и устройство молниезащиты линий электропередачи, электрической части электростанций и подстанций, контактных сетей, радио- и телевизионных антенн, телеграфных, телефонных и радиотрансляционных линий, а также зданий и сооружений

виды, классификация, нормы, типы зон

Атмосферные явления с образованием молний, сопровождаемых яркими вспышками света, громом, называют грозами. Молнии – это грозовые разряды электричества, возникающие между облаками и Землей; внутри облаков.

Попадание молнии в дом

Опасность для жизни людей, сохранности промышленных, общественных строений, высотных инженерных сооружений – дымовых труб, антенн телевидения, радиосвязи, включая сотовую; вышек, опор электрических сетей; технологического оборудования, расположенного на открытых промышленных площадках, например, для ректификационных колонн предприятий нефтепереработки представляют молнии первого типа.

Необходимость устройства молниезащиты связана с тем, что напряжение при грозовых разрядах достигает 50 млн. В, а сила тока – до 100 тыс. А; с выделением огромного количества световой, звуковой и тепловой энергии. Грозовые разряды являются электрическими взрывами, сходными с детонацией, наносящими разрушения строениям, ломающими деревья, послужившие им источниками заземления; травмируют, контузят людей, что нередко приводит к их гибели.

Молниезащитой называют комплекс технических решений, что надежно обеспечивают безопасность людей, предохранение строений различного назначения, высотных объектов; технологического, инженерного оборудования производственных объектов; коммуникаций инфраструктуры населенных пунктов, линий электропередач как от прямых ударов грозовых разрядов, электромагнитной, электростатической индукции, так и от передачи электротока через металлоконструкции, коммуникации.

Заземление и молниезащита – это то, чем согласно нормам должны быть оборудованы промышленные здания, инженерные коммуникации, а также другие объекты. Кроме того, пункт 4 статьи 50 Федерального закона РФ №123-ФЗ предписывает в качестве одного из способов исключения источников зажигания устраивать защиту от молний для зданий, оборудования для повышения уровня пожарной безопасности на объектах.

Нормы устройства молниезащиты

Учитывая, что строения, сооружения, технологические установки, коммуникации довольно сильно отличаются по своему устройству, исполнению разработаны государственные, ведомственные, корпоративные нормы; стандарты, правила проектирования для организации оптимальной, эффективной защиты от грозовых разрядов для каждого типа объектов – от производственных объектов, где она впервые стала применяться, до жилых домов.

В основе норм, что регламентируют создание технической защиты от молний, опыт организации электрической безопасности строений разного вида, назначения, с учетом особенностей, присущих современным постройкам, сооружениям и коммуникациям инфраструктуры, связи.

Требования к молниезащите изложены во многих официальных документах. Проектирование, расчет молниезащиты ведется на основании следующей нормативно-технической базы:

• «Правил устройства электроустановок». В настоящее время действует седьмое и некоторые главы шестого издания этого основополагающего документа, без знания требований которого невозможно проектирование любых видов, типов электрических установок, оборудования, аппаратуры защиты от поражения электротоком, включая молниезащиту. Промышленная безопасность защищаемых объектов с категориями по взрывопожарной опасности помещений, зданий также невозможна без этого вида защиты от высоковольтных разрядов электрического тока. Это учитывают требования по организации, исполнению молниезащиты для различных видов строений, инженерных сооружений, электрических коммуникаций, указанные в нескольких главах ПУЭ. Главы 2.4, 2.5 – для воздушных линий электропередач с рабочим напряжением меньше и больше 1 кВ соответственно, включая карту районирования территории России с указанием длительности гроз в году, что необходимо при проектировании систем, устройств молниезащиты. Глава 4.2 – для распределительных устройств, электрических подстанций напряжением больше 1 тыс. В. Глава 4.3 – для преобразовательных подстанций, установок.
• РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений». Ее предназначение видно из названия. Несмотря на то что документ утвержден еще Министерством энергетики Советского Союза, по согласованию с Госстроем, он действует и сегодня.
• Некоторые ее положения неизбежно устарели, не успевая за научно-техническим прогрессом, поэтому при проектировании современных технических систем, устройств защиты от грозовых разрядов пользуются российскими ГОСТ, идентичными стандартам Международной электротехнической комиссии; а также отечественными инструкциями по молниезащите, вышедшими в свет позднее.
• Один из этих документов СО 153-34.21.122-2003, разработанный тем же коллективом ученых, регламентирует устройство молниезащиты как строений, так и инфраструктурных коммуникаций.
• ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010, ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010, представляющие собой две части одного национального стандарта о менеджменте рисков при защите объектов от грозовых разрядов. В первой части сформулированы общие принципы, во второй – методики оценки рисков гибели, получения травм от поражения электротоком людей; полного/частичного разрушения объектов, общественных коммуникаций; экономических потерь от попадания молний.
• Важно, что при этом рассматриваются такие факторы, как пожарная безопасность, так как в расчетах учитываются пространства с огнеопасной средой – воздушной смесью паров горючих жидкостей, газов, пыли.
• ГОСТ Р МЭК 62561.1-2014. Это первая часть национального стандарта об элементах систем защиты от молний, касающаяся требований к их частям, соединениям.
• ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014 – к проводникам, электродам заземления.
• ГОСТ Р МЭК 62561.3-2014 – к распределительным разрядникам.
• ГОСТ Р МЭК 62561.4-2014 – к элементам крепления.
• ГОСТ Р МЭК 62561.5-2014 – к смотровым колодцам, уплотнителям электродов заземления.

Требования к проектированию, устройству заземления, защиты от молний электроустановок, оборудования зданий, линий электропередач в СССР также устанавливал СНиП 3.05.06-85 об электротехнических устройствах. Сегодня действует свод правил, выпущенный как его актуализированная версия – СП 76.13330.2016.

Помимо норм, действующих на территории РФ, следуют упомянуть сходные требования к системам защиты от грозовых зарядов, применяемые в союзных государствах. В Республике Казахстан – это СП РК 2.04-103-2013 об устройстве молниезащиты объектов, вышедший взамен аналогичной инструкции СН РК 2.04-29-2005; в Республике Беларусь – технический кодекс ТКП 336-2011 о защите от молний объектов, инженерных коммуникаций.

Тип зон молниезащиты

Под системами защиты от молний объектов, инженерных, коммуникаций и технологического оборудования понимают внешние и внутренние технические устройства, позволяющие защитить их как от прямого воздействия ударов молний, так и от вторичных воздействий – электрических, электромагнитных полей, сопровождающий грозовой разряд.

Различают активные и пассивные системы защиты от молний.

Пассивная, способная перехватить молнию до ее разряда на конструкции строительного объекта, корпуса оборудования или части инженерного, коммуникационного сооружения, и отвести заряд в землю, состоит из следующих элементов:

• Приемника молний.
• Молниеотводов.
• Заземляющих устройств.

В активной системе к этим неотъемлемым элементам добавляются устройства, генерирующие восходящий поток ионов, притягивающий к себе грозовой разряд.

Проектируются, монтируются несколько видов систем молниезащиты – стержневая, тросовая, которые по результатам проведенных расчетов, в зависимости от количества стержней/тросов, их расстановки/расположения, конфигурации площади защиты, могут создавать два типа зон молниезащиты:

• А. Степень надежности защиты – от 99, 5%.
• Б – от 95%.

Виды систем молниезащиты

На практике, если строительный объект, технологическая установка, вышка, столб, антенна инженерных коммуникаций полностью находится в зоне защиты от попадания молний, вероятность их поражения грозовым электрическим разрядом стремится к нулю.

Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты

Существуют следующие категории молниезащиты строительных объектов, зависящие от назначения, значимости, класса пожарной опасности и возможности взрыва; пожарной нагрузки – наличия, количества, вида взрывопожароопасных материалов; региональной частотности грозовых разрядов; зафиксированных попаданий молний:

• I категория, имеющая наивысший уровень защиты от возможного прямого попадания молний в объект. Это производственные объекты с наличием взрывоопасных зон классов опасности В-I, II. Тип зоны защиты – А.
• II категория. Это здания производственного, складского назначения, открытые площадки как с хранением ЛВЖ, ГЖ, так и с установленным на них технологическим оборудованием, где они обращаются; а также взрывоопасные производства, наружные установки классом опасности ниже В-Iа. Тип зоны защиты для технологического оборудования, установленного на открытых промышленных площадках – Б; для объектов – А или Б в зависимости от прогнозируемого количества грозовых разрядов в год.
• III категория. К ней относятся строительные объекты различного назначения III–V степеней стойкости к огню в районах, где годовая продолжительность гроз больше 20 часов. Основной тип молниезащиты – Б.

Определить все основные параметры системы защиты от попадания молний для любого конкретного объекта можно по таблице 1 РД 34.21.122.

Виды молниезащиты

Система молниезащиты в зависимости от категории объектов может быть нескольких видов:

• Защищающая от прямых ударов. Устройства, используемые для этого, называют молниеотводами, состоящими из несущей опоры, в качестве которой может служить сам строительный объект, приемника разряда, токоотвода и заземлителя. Применяют как стержневые, тросовые молниеотводы, так и металлическую сетку, уложенную на кровлю защищаемого объекта. Для воздушных линий электропередач используют грозозащитные тросы, принимающие разряд молнии.
• От электростатической индукции. Осуществляется путем подсоединения всего электрооборудования к системе заземления объекта.
• От электромагнитной индукции. Для этого в местах соединений устраиваются токопроводящие перемычки между участками трубопроводов, эстакад.
• От заноса электрического потенциала, вызванного грозовым разрядом. Для этого все входящие в здания, сооружения коммуникации, включая металлическую оболочку электрических кабелей напряжением до 1 тыс. В, заземляются. Воздушные линии электропередач на подходах к объекту оборудуют грозозащитными тросами, а на опорах монтируют разрядники, ограничители перенапряжения.

Средства и способы молниезащиты

К средствам защиты от грозовых разрядов электричества относят:

• стержневые приемники молний;
• грозозащитные тросы;
• сетчатые молниеприемники;
• токоотводы;
• контуры заземления строительных объектов.

Варианты исполнения молниезащиты бывают двух видов:

• Внешний, защищающий от прямого воздействия высокопотенциального электрического разряда, способного вызвать разрушения, взрывы и пожары, за счет его отвода в землю для рассеивания энергии.
• Внутренний. Для защиты от вторичных факторов прямого или близкого к защищаемому объекту удара молнии. Для этого используют различные типы специальных приборов, называемых УЗИП – устройствами защиты от импульсных перенапряжений.

Молниезащита здания

Установка молниезащиты, испытание молниезащиты по окончании монтажных работ производится организациями, выполняющими электротехнические работы.

Эксплуатация молниезащиты не требует дополнительных затрат, рассчитана на длительный период. Но, осмотр молниезащиты на предмет обнаружения механических повреждений приемников разряда, токоотводящих, заземляющих элементов, связей между ними все же обязателен.

Проверка молниезащиты позволяет собственникам объектов, руководству предприятий, организаций быть уверенными, что она не подведет в опасный грозовой период.

Молниезащита II категории | Молниезащита зданий и сооружений

Страница 5 из 7

4.3. Молниезащита II категории
Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты ко II категории, независимо от их высоты должна быть выполнена одним из следующих способов: отдельно стоящими или устанавливаемыми на зданиях неизолированными стержневыми или тросовыми молниеотводами, обеспечивающими зону защиты, или путем наложения молниеприемной сетки размером 6 х 6 м на неметаллическую кровлю или использования в качестве молниеприемника металлической кровли здания или сооружения. При этом:

1. расстояние от отдельно стоящих молниеотводов до защищаемого здания и сооружения, а также до подземных коммуникаций не нормируется;
2. величина сопротивления каждого заземлителя защиты от прямых ударов молнии должна быть не более 10 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом-м и выше допускается не более 40 Ом;
3. разрешается во всех случаях объединение заземлителей защиты от прямых ударов молнии, защитного заземления электрооборудования и заземлителя защиты от электростатической индукции;
4. во всех случаях рекомендуется использовать в качестве токоотводов металлические конструкции защищаемых зданий и сооружений: колонны, фермы, рамы, пожарные лестницы, металлические направляющие лифтов и т.п.; токоотводами не может служить напряженная арматура железобетонных ферм, колонн и других железобетонных конструкций; в используемых конструкциях должна быть обеспечена непрерывная электрическая связь в соединениях конструкций и арматуры, создаваемая, как правило, сваркой;
5. на зданиях с покрытием по металлическим фермам установка молниеприемников или наложение молниеприемной сетки не требуется; фермы должны быть соединены токоотводами с заземлителями.

При ширине здания, защищаемого от прямых ударов молнии молниеотводами на здании или молниеприемной сеткой 100 м и более, а также при использовании металлической кровли кроме наружных заземлителей следует установить дополнительные заземлители для выравнивания потенциалов внутри здания. Эти заземлители выполняют в виде протяженных стальных полос, уложенных не более чем через ьи м по ширине здания, полосы должны имею течение не менее 100 мм³   С наружным контуром заземлителя защиты от прямых ударов молнии, а также присоединены с шагом не более 60 м к токоотводам от молниеприемников.
Наружные металлические установки, содержащие взрывоопасные газы, пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (установки класса В-1г), должны быть защищены от прямых ударов молнии следующим образом:

1. корпуса установок или отдельных емкостей при толщине металла крыши менее 4 мм должны быть защищены молниеотводами, установленными отдельно или на самом сооружении;
2. корпуса установок или отдельных емкостей при толщине металла крыши 4 мм и более, а также отдельные емкости объемом менее 10 м³ независимо от толщины металла крыши достаточно присоединить к заземлителям.

Наружные установки класса В-1г с емкостями из железобетона или синтетических материалов должны быть защищены от прямых ударов молнии устройством отдельно стоящих молниеотводов или наложением молниеприемной сетки, присоединенной к заземлителю. Защита подземных железобетонных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов от прямых ударов молнии производится отдельно стоящими молниеотводами. При этом защите подлежит вся площадь резервуарного парка, а также площадь, прилегающая к парку на расстоянии 40 м от стенок крайних резервуаров, независимо от наличия обваловки. По вертикали защитная зона принимается равной высоте газоотводных (дыхательных) труб плюс 5 м.
Наружные установки со сжиженными газами, а также установки с взрывоопасными газами при общем объеме парка резервуаров более 100000 м³ должны быть защищены от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами, а корпуса металлических установок должны быть присоединены к заземлителям. К этим же заземлителям могут быть присоединены токопроводы отдельно стоящих молниеотводов.
Если на наружных установках или емкостях класса В-1г имеются газоотводные или дыхательные трубы, то они и пространство над ними должны быть защищены установкой молниеприемников непосредственно на таких трубах. Для наружных установок заземлители от прямых ударов молнии должны иметь сопротивление не более 50 Ом на каждый токопровод и к ним должны быть присоединены молниеотводы, металлические корпуса и другие металлические конструкции установок.
Присоединение к заземлителям должно осуществляться не более чем через 25 м по периметру основания установки. При этом число присоединений должно быть не менее двух.
В качестве основных заземлителей защиты от прямых ударов молнии заглубленных в землю емкостей разрешается использовать магниевые протекторы, применяемые для защиты от коррозии, при следующих условиях:

1. стальной стержень, заделанный в протектор при его отливке, и присоединяемый к нему проводник токопровода должны иметь диаметр не менее

6 мм, а при высокой агрессивности грунтов — не менее 8 мм, и быть оцинкованным;

1. соединение проводника токопровода и стержня протектора должно быть выполнено сваркой внахлест на длине, равной не менее 6 диаметрам проводника;
2. сопротивление растеканию заземлителя должно быть не более 50 Ом.

Защита от электростатической индукции обеспечивается присоединением
всего оборудования и аппаратов, находящихся в зданиях, сооружениях и установках, к защитному заземлению электрооборудования.
Наружные установки должны быть защищены от электростатической индукции путем наложения стальной сетки на крышу емкости и прокладки токоотво- дов по стенкам не более чем через 25 м по контуру. Токопроводы должны быть присоединены к заземлителю с общей величиной сопротивления растеканию тока промышленной частоты не более 10 Ом. Указанные сетка, токоотводы и заземлители могут служить одновременно и для защиты от прямых ударов молнии.
Плавающие крыши независимо от материала и корпусов установок для защиты от электростатической индукции должны быть соединены металлическими перемычками с токоотводами или с металлическим корпусом установки не менее чем в двух точках.
Защита от электромагнитной индукции выполняется в виде устройства через каждые 25—30 м металлических перемычек между трубопроводами и другими протяженными металлическими предметами, расположенными друг от друга на расстоянии 10 см и менее. Установки перемычек в местах соединений (стыки, ответвления) металлических трубопроводов или других протяженных конструкций не требуется.
Для защиты от заноса высоких потенциалов по подземным коммуникациям их необходимо при вводе в здание или сооружение присоединить к любому заземлителю. Для защиты от заноса высоких потенциалов внешние металлические конструкции и коммуникации необходимо:

1. на вводе в защищаемое здание или сооружение присоединить к заземлителю с сопротивлением не более 10 Ом;
2. такое присоединение допускается осуществлять к заземлителю защиты от прямых ударов молнии; на ближайшей к сооружению опоре присоединить к заземлителю с сопротивлением не более 10 Ом;
3. вдоль трассы эстакады через каждые 250—300 м присоединять к заземлителям с импульсным сопротивлением не более 50 Ом.

Ввод в здание электросетей напряжением до 1000 В, сетей телефона, радио, сигнализации и т.п. должен осуществляться только кабелем или подземной кабельной вставкой длиной не менее 50 м. Металлические броня и оболочка кабелей должны быть присоединены у ввода в сооружение к защитному заземлению электрооборудования здания.
В месте перехода воздушной линии в кабель металлическая броня и оболочка кабеля, а также штыри или крючья изоляторов линии должны быть присоединены к специальному заземлителю с сопротивлением растеканию тока не более 10 Ом, Кроме ТОГО, В месте перехода между жилами кабеля и его металлической оболочкой должна предусматриваться установка закрытого воздушного пространства.

Штыри изоляторов воздушной линии на ближайшей опоре к месту перехода линии в кабель должны быть присоединены к заземлителю с сопротивлением растеканию не более 20 Ом.
Вводы линий напряжением свыше 1000 В должны выполняться в соответствии с ПУЭ.

8.3. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты Категории молниезащиты

Тяжесть опасных последствий прямого удара молнии при ее термических, механических и электрических воздействиях, а также искрениях и перекрытиях, вызванных другими видами воздействий, зависит от конструктивно-планировочных особенностей зданий и сооружений и пожаро-взрывоопасности технологического процесса. Например, в производствах, постоянно связанных с наличием открытого пламени, при применении несгораемых материалов и конструкций протекание тока молнии не представляет большой опасности. Однако наличие внутри объекта взрывоопасной или пожароопасной среды создает угрозу пожара, разрушений, человеческих жертв, больших материальных убытков.

При таком разнообразии конструктивных и технологических условий предъявлять одинаковые требования к молниезащите всех объектов означало бы или предусматривать чрезмерные излишества, или мириться с неизбежностью значительных убытков, вызванных последствиями поражения молнией. Поэтому в инструкции [2] принят дифференцированный подход к устройству молниезащиты различных объектов, в связи с чем – по устройству молниезащиты здания и сооружения разделены на три категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией.

I категория – здания и сооружения или их части с взрывоопасными зонами классов В-I и В-II по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ-86). В них хранятся или содержатся постоянно, либо появляются во время производственного процесса смеси газов, паров или пыли горючих веществ с воздухом или иными окислителями, способные взорваться от электрической искры.

II категория – здания и сооружения или их части, в которых имеются взрывоопасные зоны классов В-Iа, В-Iб, В-IIа согласно ПУЭ. В них взрывоопасные смеси могут появляться лишь при аварии или неисправностях в технологическом процессе. К этой категории принадлежат также наружные технологические установки и склады, содержащие взрывоопасные газы и пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (газгольдеры, цистерны и резервуары, сливно-наливные эстакады), отнесенные по ПУЭ к взрывоопасным зонам класса В-Iг.

III категория – несколько вариантов зданий, в том числе: здания и сооружения с пожароопасными зонами классов П-I, П-II и П-IIа согласно ПУЭ; наружные технологические установки, открытые склады горючих веществ, где применяются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 61 С или твердые горючие вещества, отнесенные по ПУЭ к зоне класса П-III.

Обязательность устройства молниезащиты

При выборе категории устройств молниезащиты учитывают важность объекта, его высоту, расположение соседних объектов, интенсивность грозовой деятельности и другие факторы. Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним количеством грозовых часов в год n_ч. Эта величина может быть получена по данным местной метеорологической станции. Кроме того, существует карта [2], на которой нанесены линии средней за год продолжительности гроз на территории России. На ней же приближенно размечены и крупные области, где наблюдается одна и та же грозовая деятельность. Диапазон ее изменения довольно велик и зависит от климатических факторов и рельефа местности. В северных областях (Мурманск, Камчатка) она составляет не более 10 ч в год, для районов на широте 50-55 она колеблется от 20 до 30 ч, а на юге (Кавказ, Донбас) она может достигать 100-200 ч в год. Да и в пределах одного района с низкой грозовой активностью встречаются участки с резко повышенным числом грозовых часов в год.

Иногда оценка грозовой деятельности измеряется количеством грозовых дней в году n_д. Принято считать продолжительность грозы приблизительно равной 1,5 ч, если n_д = 30 дням, и 2 ч, когда n_д больше 30 дней. Следовательно, n_ч = (1,5-2) n_д.

Однако более важной и информативной характеристикой для оценки возможного числа поражений объектов молнией является плотность ударов нисходящих молний на единицу земной поверхности.

Плотность ударов молнии в землю сильно колеблется по регионам земного шара и зависит от тех же факторов, что и интенсивность гроз. Особенно велико влияние рельефа в горной местности, где грозовые фронты распространяются преимущественно по узким коридорам.

Наблюдениями установлена корреляционная связь между плотностью разрядов в землю и продолжительностью гроз. Эта корреляционная зависимость распространена на всю территорию Россию и связывает число ударов нисходящей молнии в 1 км² земной поверхности с конкретной продолжительностью гроз в часах. Для произвольного пункта на территории России удельная плотность ударов молнии в землю n определяется, исходя из средней продолжительности гроз в часах, следующим образом:

Средняя продолжительность гроз, ч	10-20	20-40	40-60	60-80	80-100	100 и более
Удельная плотность ударов молнии в землю, 1/(км2год), n	1				2

Используя значения n, можно определить ожидаемое количество поражений молнией в год N:

для зданий и сооружений прямоугольной формы

N = [(S+6h_x)(L+6h_x)—7,7h²_x]n10^-6; (8.7)

для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

N = 9h²_xn10^-6, (8.8)

где h_x – наибольшая высота здания или сооружения, м; S и L – соответственно ширина и длина здания или сооружения, м; n — среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю).

Если здание имеет сложную конфигурацию, то при расчете по формуле (8.7) в качестве S и L принимается ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане. Принято считать, что молнии попадают в здание или сооружение в пределах территории, контур которой удален от контура сооружения на три его высоты.

Оценивая по формулам (8.7) и (8.8) число поражений молнией объектов разных размеров и форм, например, можно видеть, что при средней продолжительности гроз 40-60 ч в год для здания высотой 20 м и размерами в плане 100100 м можно ожидать не более одного поражения за 5 лет, для сосредоточенного объекта высотой 50 м можно ожидать не более одного поражения за 3-4 года.

Таким образом, при умеренных размерах зданий и сооружений (высота 20-50 м, длина и ширина примерно 100 м) поражение их молнией является редким событием.

Удельную плотность ударов молнии в землю n в месте дислокации объекта можно приближенно определить по формуле [31]

n = 0,23n_д^1,3. (8.9)

На всей территории России здания и сооружения I категории должны быть обязательно защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индукции и заноса в них высокого потенциала через наземные и подземные коммуникации, а молниеотводы должны предусматриваться с зонами защиты А. В районах с очень малой интенсивностью грозовой деятельности вероятность удара в здание I категории очень мала, но материальный ущерб может быть велик, и затраты на молниезащиту в этом случае вполне оправданы.

Здания и сооружения II категории должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее воздействий и заноса в них высоких потенциалов через наземные и подземные коммуникации только в местностях со средней продолжительностью гроз n_ч  10. Тип зоны защиты молниеотводов зависит от показателя N: зона типа А принимается при N > 1, а зона типа Б – при N  1. Наружные технологические установки класса В-1г, относимые также ко II категории, подлежат защите от прямых ударов молнии на всей территории России, а молниеотводы предусматриваются с зонами типа Б. Некоторые из этих установок подлежат защите и от электростатической индукции (резервуары с плавающими крышами или понтонами).

Здания и сооружения III категории (с зонами классов П-I, П-II, П-IIа) подлежат молниезащите в местностях со средней продолжительностью гроз 20 и более часов в год, а тип зоны защиты молниеотводов зависит от степени огнестойкости здания. Например, зона типа Б требуется для зданий и сооружений I и II степени огнестойкости при 0,1 < N  2, а для III, IV и V степени огнестойкости при 0,02 < N  2; при N > 2 необходима зона типа А. Для наружных установок класса П-III молниезащита предусматривается при средней продолжительности гроз 20 и более часов в год при зоне защиты типа Б, если 0,1 < N  2; при N > 2 – зона типа А.

Все здания и сооружения III категории должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации, а наружные установки должны быть защищены только от прямых ударов молнии. Таким образом, обязательность устройства молниезащиты зданий или сооружений I, II и III категории определяется средней продолжительностью гроз n_ч и ожидаемым количеством поражений N молнией в год. При несовпадении одного из этих показателей с величинами по нормам [2] устройство молниезащиты становится необязательным.

Зона молниезащиты: параметры, расчет и построение

Молниезащита (грозозащита) это комплекс мер и приспособлений, применяемых для обеспечения безопасности сооружений и всего, что в них находится.

Молниезащита по принципам действия различается на активную и пассивную. Пассивная состоит из молниеприемника, молниеотвода и заземления. Ее действие заключается в том, чтобы перехватить молнию и провести разряд к земле. Активная громозащита, в отличие от пассивной, самостоятельно притягивает к себе молнии, генерируя восходящий поток ионов. Существуют стержневая и тросовая молниезащиты.

Пространство, находящееся в зоне защиты тросового или стержневого молниеотвода, вероятность попадание молнии в которое обычно составляет более 1 %, можно условно назвать зоной молниезащиты. Существует две зоны грозозащиты: А и Б. В зоне типа А пространство защищенности составляет 99.5 % и более. Расположена она ближе к молниеотводу внутри зоны молниезащиты. В зоне типа Б степень надежности составляет 95% и более. Если здание полностью находится в зоне защиты, то оно практически на 100% не будет поражено молнией.

При прямом попадании молнии в незащищенное или малозащищеное строение действующие факторы могут привести к значительному, а иногда и полному его разрушению, выходу из строя электрооборудования и электроники, что может привести к пожару. В случае присутствия животных или людей в здании прямое попадание молнии может привести к их травмированию или смерти. Поэтому для обеспечения максимальной безопасности любых промышленных, жилых и гражданских сооружений и эффективной работы системы внешней грозозащиты необходимо грамотно и точно выполнить расчет зон молниезащиты.

Категории молниезащиты

Категория молниезащиты каждого конкретного здания определяется в соответствии с его значимостью и классификацией помещений в соответствии с правилами устройства электрооборудования. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений выделяет три таких категории.

Молниезащита взрывоопасных зон относится к I категории. Если взрывоопасная зона занимает не более 30% помещений одноэтажного здания или верхнего этажа многоэтажного сооружения необходимо обеспечить молниезащиту II категории. III категория выбирается для всех остальных зданий и сооружений. Если помещение одновременно относятся к нескольким категориям молниезащиты, то специалисты рекомендуют остановиться на обустройстве громозащиты высшей категории.

Расчет зон молниезащиты

Зоны защиты могут иметь различную конфигурацию. Это зависит от типа молниеотводов, их количества и расположения. Для одного стержневого молниеотвода, изготовленного из нержавейки, алюминия или меди в России выбран круговой конус. Его вершина совпадает с макушкой стержня. В этом случае параметры зоны молниезащиты определены высотой конуса и его радиусом у земли. Сегодня вершину конуса размещают ниже макушки, чтобы повысить эффективность молниеотвода, обычно она составляет 0,85 высоты молниеотвода (h₀ = 0,85h). Чем ниже вершина конуса, тем выше надежность защиты. Для тросовых молниеотводов зона молниезащиты выглядит как симметричная двухскатная поверхность. Если выполнить ее поперечное сечение, то получится равнобедренный треугольник с такими же размерами, как и у поверхности, полученной в результате осевого сечения конуса для стержневого молниеотвода.

 

Любой расчет и построение зоны молниезащиты начинается с определения категории защиты имеющегося здания (в соответствии с ПУЭ), установления его габаритов (длина, ширина и высота). Для расчета важно знать значение удельной плотности ударов молнии в землю, средней продолжительности гроз в год для региона, где расположено здание, а также тип защиты (А или Б), количество и тип грозоотводов. Проводится расчет зон молниезащиты в соответствии с набором определенных формул, которые указаны в нормативных документах.

Для вычисления зоны молниезащиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 метров, как правило, используют следующие формулы:

1. Для зоны молниезащиты типа А:

h₀ = 0,85h; r₀ = (1,1 — 0,002h)h; r_х = (1,1 — 0,002h)(h – h_х/0,85), где

r₀– радиус основания образующегося конуса на уровне земли;

r_х– радиус зоны необходимой надежности (А или Б) на высоте от земли h_х.

2. Для зоны молниезащиты типа Б:

h₀ = 0,92h; r₀ = 1,5h; r _х = 1,5(h – h _х/0,92). 

Расчет для одиночного молниеотвода тросового типа высотой до 150 метров проводится по следующим формулам:

1. Для зоны типа А:

h ₀ = 0,85/h; r ₀ = (1,35 — 0,0025h)h; r _x = (1,35 — 0,0025h)(h — h_x/0,85).

2. Для зоны типа Б:

h₀ = 0,92h; r₀ = 1,7h; r_х = 1,7(h — h_х/0,92).

Расчет зон молниезащиты для двойного стержневого или тросового молниеотводов более сложный, так как необходимо учесть расстояние между молниеотводами. В настоящее время, существует масса специальных компьютерных программ, в том числе и онлайн, для расчета зон молниезащиты.

О молниезащите / Внешняя молниезащита

№ пп.	Здания и сооружения	Место- положение	Тип зоны защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов	Категория молниезащиты
1	2	3	4	5
1	Здания и сооружения или их части, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов В-I и В-II	На всей территории СССР	Зона А	I
2	То же классов В-Iа, В-Iб, В-IIа	В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более	При ожидаемом количестве поражений молнией в год здания или сооружения N>1 — зона А; при N£ 1 — зона Б	II
3	Наружные установки, создающие согласно ПУЭ зону класса В-Iг	На всей территории СССР	Зона Б	II
4	Здания и сооружения или их части, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более	Для зданий и сооружений I и II степеней огнестойкости при 0,1<N£ 2 и для III — V степеней огнестойкости при 0,02<N£ 2 -зона Б, при N > 2- зона А	III
5	Расположенные в сельской местности небольшие строения III — V степеней огнестойкости, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более при N<0,02	—	III (п. 2.30)
6	Наружные установки и открытые склады, создающие согласно ПУЭ зону классов П-III	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более	При 0,1<N£ 2 — зона Б, при N>2 — зона А	III
7	Здания и сооружения III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов	То же	При 0,1<N£ 2 — зона Б, при N>2 — зона А	III
8	Здания и сооружения из легких металлических конструкций со сгораемым утеплителем (IVa степени огнестойкости), в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов	В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более	При 0,02<N£ 2 — зона Б, при N>2 — зона А	III
9	Небольшие строения III-V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более для III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости при N<0,1, для IVa степени огнестойкости при N<0,02	—	III (п. 2.30)
10	Здания вычислительных центров, в том числе расположенные в городской застройке	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более	Зона Б	II
11	Животноводческие и птицеводческие здания и сооружения III-V степеней огнестойкости: для крупного рогатого скота и свиней на 100 голов и более, для овец на 500 голов и более, для птицы на 1000 голов и более, для лошадей на 40 голов и более	В местностях со средней продолжительностью гроз 40 ч в год и более	Зона Б	III
12	Дымовые и прочие трубы предприятий и котельных, башни и вышки всех назначений высотой 15 м и более	В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более	—	III (п. 2.31)
13	Жилые и общественные здания, высота которых более чем на 25 м превышает среднюю высоту окружающих зданий в радиусе 400 м, а также отдельно стоящие здания высотой более 30 м, удаленные от других зданий более чем на 400 м	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более	Зона Б .	III
14	Отдельно стоящие жилые и общественные здания в сельской местности высотой более 30 м	То же	Зона Б	III
15	Общественные здания III-V степеней огнестойкости следующего назначения: детские дошкольные учреждения, школы и школы-интернаты, стационары лечебных учреждений, спальные корпуса и столовые учреждений здравоохранения и отдыха, культурно-просветительные и зрелищные учреждения, административные здания, вокзалы, гостиницы, мотели и кемпинги	То же	Зона Б	III
16	Открытые зрелищные учреждения (зрительные залы открытых кинотеатров, трибуны открытых стадионов и т.п.)	То же	Зона Б	III
17	Здания и сооружения, являющиеся памятниками истории, архитектуры и культуры (скульптуры, обелиски и т.п.)	То же	Зона Б	III