Проектирование

Краткая инструкция для самостоятельного расчета молниезащиты.

При расчёте и проектировании  молниезащиты следует руководствоваться следующими нормативными документами: «РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений», «СО 153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», «ГОСТР 59789-2021 Защита зданий и сооружений от повреждений и защита людей и животных от электротравматизма».

Расположение проводников внешней СМ3 является основополагающим при проектировании СМ3 и зависит от формы защищаемого сооружения, от требуемого уровня защиты и используемого геометрического метода про­ектирования. Конструкция системы молниеприемников, как правило, определяет конструкцию системы токоотводов, заземляющего устройства и внутренней СМ3.

Порядок расчёта

1-ый Этап: Определение характеристик объекта.

Определить к какому классу относится объект и какой уровень защиты будет целесообразней применить  для защищаемого объекта. Необходимо учесть архитектурные характеристики и особенности объекта со всеми выступающими элементами здания и технологического оборудования.

В классификации объекты подразделяются на обычные и специальные.

Обычные объекты:  жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.

Специальные объекты: объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения; объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы); прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

Уровни защит от прямого удара молнии (ПУМ) для обычных объектов представлены в таблице №1

 

Таблица №1   

Для специальных объектов минимально допустимый уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от ПУМ.

2-ой Этап:  Определение типа и метода расчета внешней молниезащиты.

По типу молниеприемника молниезащита разделяются на следующие виды:
- Стержневые молниеприемники (вертикальное расположение молниеприемника)
- Тросовые молниеотводы (горизонтальное расположение молниеприемника, закрепленного на двух и более заземленных опорах)
- Сетки молниеприемные (поперечные и продольные горизонтальные проводники, соединенные в местах пересечений, зафиксированные на защищаемом объекте)
- Комбинированные (молниеприемная сетка + стержневые молниеприемники)
По каждому типу существует свой метод расчета:
- Метод расчета для тросовых и стержневых молниеотводов
- Метод защитного угла (для простых по форме сооружений или для маленьких частей больших сооружений)
- Метод фиктивной сферы (оптимально для сооружений сложной формы)
- Применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей.
Параметры для расчета защитных зон определяются в зависимости от уровня надежности, а также типа молниезащитной системы.

Таблица №2

Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК

* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы

3-ий Этап: Размещениемолниеотводов,молниеприемной сетки, токоотводов.

После выбора шага ячейки, необходимо прорисовать схему размещения молниеприемной сетки, произвести расчет мест размещения и высоту стержневых молниеприемников, разработать узлы крепления проводников с объектом и выбрать места их размещения. Необходимо определить безопасные места для установки токоотводов (не менее 3-х метров от дверей, окон) и среднее расстояние  между ними. В таблице №3 указано среднее расстояние для выбранного уровня защиты.

Таблица №3:

4-ый Этап: Выбор и расчет проводника и количество его креплений.

Выбор проводника производится с помощью таблицы №4 и таблицы №5:

Таблица №4: Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС:

 

Таблица №5: Совместимость металлов:

 

При расчете количества креплений проводника по кровле нужно учитывать расстояние между элементами крепления (не должно превышать 1 м плюс крайние крепления). Крепление подбирается исходя от типа кровли. При креплении токоотвода к фасаду, необходимо учитывать материал фасада. Для горючего фасада, расстояние от проводника до фасада должно составлять не менее 100 мм. Расстояние между элементами крепления, как и для кровли, не должно превышать 1 м.

5-ый Этап: Выбор и расчет системы заземления.

Общие требования Конфигурация и размеры заземляющего устройства имеют важное значение для сведения к минимуму любых потенциально опасных перенапряжений при стекании тока молнии (обладающего высокочастотными свойствами) в землю. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом (при измерении на низкой частоте). Следует выполнять, как правило, единое заземляющее устройство для молниезащиты, систем электроснабжения и систем связи. Заземляющие устройства должны быть включены в систему уравнивания потенциалов в соответствии с требованиями 6.2 ГОСТ Р 59789—2021

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

В качестве естественных заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям. Если арматура железобетона используется как заземляющие предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

Таблица №6: Материал, профиль сечения и минимальные размеры заземлителем

Материал	Профиль сечения	Размеры
		Диаметр проводника круглого сечения, мм	Поперечное сечение проводника, мм2	Заземлитель в виде пластины, мм
Медь,     медь    покрытаяоловом	Многожильный проводник	—	50	—
	Круглый	15	50	—
	Прямоугольный	—	50	—
	Труба	20	—	—
	Цельнометаллическая пластина	—	—	500х500
	Решетка	—	—	600х600
Сталь горячей оцинковки	Круглый	14	76	—
	Прямоугольный	25	—	—
	Труба	—	90	—
	Цельнометаллическая пластина	—	—	500х500
	Решетка	—	—	600х600
Сталь чёрная	Многожильный проводник	—	70	—
	Круглый	—	78	—
	Прямоугольный	—	75	—
Сталь с медным покрытием	Круглый	14	50	—
	Прямоугольный	—	90	—
Нержавеющая сталь	Круглый	15	78	—
	Прямоугольный	—	100	—

 

Механические и электрические характеристики, коррозионная устойчивость должны отвечать требованиям ГОСТ Р МЭК 62561.1 — ГОСТ Р МЭК 62561.7.
В случае применения фундаментного заземлителя, заземлитель должен быть надежно соединен с арматурной сталью, по меньшей мере через каждые 5 м. Решетка с минимальной обшей длиной проводников 4.8 м. Допускается применять проводники произвольного профиля с площадью поперечного сечения 290 мм2 и минимальной толщиной 3 мм., например крестообразного.

6-ой Этап: Выбор внутренней системы молниезащиты.

 

Внутренняя СМ3 должна предотвращать появление опасного искрения внутри защищаемого сооружения при протекании тока молнии по внешней СМ3 или по другим проводящим частям сооружения. Опасное искрение может возникнуть между частями внешней СМ3 и другими элементами, такими как

- металлические конструкции;

-внутренние системы;

-внешние проводящие части и линии, подходящие к сооружению.

Опасное искрение между различными частями может быть предотвращено посредством:

- уравнивания потенциалов в соответствии с пунктом 6.2 ГОСТ Р 59789—2021

- электрической изоляции между частями в соответствии с пунктом 6.3 ГОСТ Р 59789—2021

   Защита внутренних систем от перенапряжений производится по средством установки УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений).

Перенапряжения в здании или сооружении могут возникать из источников, внешних по отношению к сооружению, или из источников внутри самого сооружения:
 - перенапряжения, которые возникают вне сооружения, могут создаваться ударами молнии в кабельные линии, входящие в здание извне, или в землю вблизи сооружения и могут передаваться электрическим и электронным системам по этим линиям;
- перенапряжения, которые возникают внутри сооружения, могут создаваться ударами молнии непосредственно в само сооружение или в землю поблизости.
Внутри сооружения могут также возникать коммутационные перенапряжения, например при переключении индуктивных нагрузок.

При выборе УЗИП необходимо знать род тока, номинальное напряжение сети, тип системы заземления и количество фаз.