Молниезащита зданий, сооружений и промышленных коммуникаций
Удар молнии в землю – электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.
Точка поражения – точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.
Защищаемый объект – здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требованиям настоящего норматива.
Устройство молниезащиты – система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние и внутренние устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.
Устройства защиты от вторичных воздействий молнии – устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.
Устройства для выравнивания потенциалов – элементы устройств защиты, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную растеканием тока молнии.
Молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.
Токоотвод (спуск) – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.
Заземляющий контур – заземляющий проводник в виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.
Сопротивление заземляющего устройства – отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающего с заземлителя в землю.
Напряжение на заземляющем устройстве – напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в в заземлитель и зоной нулевого потенциала.
Соединенная между собой металлическая арматура – арматура железобетонных конструкций здания (сооружения), которая обеспечивает электрическую непрерывность. Опасное искрение – недопустимый электрический разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии.
Безопасное расстояние – минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может произойти опасного искрения.
Устройство от перенапряжений – устройство, предназначенное для ограничения перенапряжений между элементами защищаемого объекта (например, разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжения или иное защитное устройство).
Отдельно стоящий молниеотвод – молниеотвод молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.
Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.
Зона защиты молниеотвода – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.
Допустимая вероятность прорыва молнии – предельно допустимая вероятность P удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами. Надежность защиты определяется как 1-P.
Промышленные коммуникации – силовые и информационные кабели, проводящие трубопроводы, непроводящие трубопроводы с внутренней проводящей средой.
1.1. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
Классификация объектов определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.
Непосредственное опасное воздействие молнии – это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы и выделение опасных продуктов – радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.
Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Для электронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.
Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и специальные.
Обычные объекты – жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60м, 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 60м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.
В таблице даны примеры разделения объектов на четыре класса.Точка поражения – точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.
Защищаемый объект – здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требованиям настоящего норматива.
Устройство молниезащиты – система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние и внутренние устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.
Устройства защиты от вторичных воздействий молнии – устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.
Устройства для выравнивания потенциалов – элементы устройств защиты, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную растеканием тока молнии.
Молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.
Токоотвод (спуск) – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.
Заземляющий контур – заземляющий проводник в виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.
Сопротивление заземляющего устройства – отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающего с заземлителя в землю.
Напряжение на заземляющем устройстве – напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в в заземлитель и зоной нулевого потенциала.
Соединенная между собой металлическая арматура – арматура железобетонных конструкций здания (сооружения), которая обеспечивает электрическую непрерывность. Опасное искрение – недопустимый электрический разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии.
Безопасное расстояние – минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может произойти опасного искрения.
Устройство от перенапряжений – устройство, предназначенное для ограничения перенапряжений между элементами защищаемого объекта (например, разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжения или иное защитное устройство).
Отдельно стоящий молниеотвод – молниеотвод молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.
Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.
Зона защиты молниеотвода – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.
Допустимая вероятность прорыва молнии – предельно допустимая вероятность P удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами. Надежность защиты определяется как 1-P.
Промышленные коммуникации – силовые и информационные кабели, проводящие трубопроводы, непроводящие трубопроводы с внутренней проводящей средой.
1.1. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
Классификация объектов определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.
Непосредственное опасное воздействие молнии – это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы и выделение опасных продуктов – радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.
Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Для электронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.
Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и специальные.
Обычные объекты – жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60м, 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 60м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.
| Объект | Тип объекта | Последствия удара молнии |
|---|---|---|
| Обычные объекты | Жилой дом | Отказ электроустановок, пожар и повреждение имущества. Обычно небольшое повреждение предметов, расположенных в месте удара молнии или задетых ее каналом |
| Ферма | Первоначально – пожар и занос опасного напряжения, затем – потеря электропитания с риском гибели животных из-за отказа электронной системы управления вентиляцией, подачи корма и т.д. | |
| Обычные объекты | Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий |
| Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий | |
| Банк; страховая компания; коммерческий офис | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных | |
| Больница, детский сад; дом престарелых | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных. Наличие тяжело больных и необходимость помощи неподвижным людям | |
| Промышленные предприятия | Дополнительные последствия, зависящие от условий производства – от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции | |
| Музеи и археологические памятники | Невосполнимая потеря культурных ценностей | |
| Специальные объекты с ограниченной опасностью | Средства связи; электростанции; пожароопасные производства | Недопустимое нарушение коммунального обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для соседних объектов |
| Специальные объекты с ограниченной опасностью, представляющие опасность для непосредственного окружения | Нефтеперерабатывающие предприятия; заправочные станции; производства петард и фейерверков | Пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости |
| Специальные объекты, опасные для экологии | Химический завод; атомная станция; биохимические фабрики и лаборатории | Пожар и нарушение работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды |
При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в табл. 2.2.
| Уровень защиты | Надежность защиты от ПУМ |
|---|---|
| I | 0,98 |
| II | 0,95 |
| III | 0,90 |
| IV | 0,80 |
Для специальных объектов минимально допустимый уровень надежности от ПУМ устанавливается в пределах 0,9 – 0,999 в зависимости от его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от прямого удара молнии по согласованию с органами государственного контроля.
По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.
2.3. Параметры токов молнии
Параметры токов молнии необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защит от электромагнитных воздействий.
2.3.1. Классификация воздействий токов молнии
Для каждого уровня молниезащиты должны быть определены предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в нормативе, относятся к нисходящими, и восходящими молниям. Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствии местных данных принимают это соотношение равным 10% для разрядов с положительными токами и 90% для разрядов с отрицательными токами.
Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока (I), полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Q имп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах.
Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30%-ного и 90%-ного уровней от наибольшего значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.
2.3.2. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии.
Значения расчетных параметров для принятых в таблице 2.2 уровней защищенности (при соотношении 10% к 90% между долями положительных и отрицательных разрядов) приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3 - Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты
По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.
2.3. Параметры токов молнии
Параметры токов молнии необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защит от электромагнитных воздействий.
2.3.1. Классификация воздействий токов молнии
Для каждого уровня молниезащиты должны быть определены предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в нормативе, относятся к нисходящими, и восходящими молниям. Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствии местных данных принимают это соотношение равным 10% для разрядов с положительными токами и 90% для разрядов с отрицательными токами.
Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока (I), полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Q имп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах.
Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30%-ного и 90%-ного уровней от наибольшего значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.
2.3.2. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии.
Значения расчетных параметров для принятых в таблице 2.2 уровней защищенности (при соотношении 10% к 90% между долями положительных и отрицательных разрядов) приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3 - Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты
| Параметры молнии | Уровень защиты | I | II | III,IV | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| I | 0,98 | |||||
| II | 0,95 | |||||
| III | 0,90 | |||||
| IV | 0,80 | |||||
