Учебное пособие

ОХРАНА ТРУДА

Атмосферное электричество

Молниезащита зданий и сооружений

Молния — искровой разряд статического электричества, аккумулированного в грозовых облаках. Энергия искрового разряда молнии и возникающие при этом токи представляют опасность для человека, зданий и сооружений. С грозовым разрядом связано электромагнитное поле, которое индуктирует напряжение на проводах и проводящих конструкциях зданий и сооружений вблизи места удара. Индуктированные напряжения на линиях электропередачи могут достигать сотен киловольт и вызывать перекрытие изоляции в установках с рабочим напряжением до 35...110 кВ.

Протекание тока молнии вызывает нагрев проводника до температуры каления, плавления или испарения.

Механические воздействия тока молнии проявляются в расщеплениях деревьев, разрушении небольших каменных строений, кирпичных труб, незащищенных молниеотводами и др.

Прямой удар молнии (поражение молнией) — непосредственный контакт канала молнии со зданием или сооружением, который сопровождается протеканием через него тока молнии.

Вторичное проявление молнии — наведение потенциалов на металлических элементах конструкции, оборудования, в незамкнутых металлических контурах, вызванное близкими разрядами молнии и создающее опасность искрения внутри объекта.

Занос высокого потенциала — перенесение в защищаемое здание или сооружение по протяженным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям и т.п.) электрических потенциалов, возникающих при прямых и близких ударах молнии и создающих опасность искрения внутри защищаемого объекта.

Молниеотвод — устройство, воспринимающее удар молнии и отводящее ее ток в землю. Молниеотвод состоит из молниеприемника, воспринимающего удар молнии, токоотвода, соединяющего молние-приемник с заземлителем, через который ток молнии стекает в землю (рис. 39). В некоторых случаях функции молниеприемника, токоотвода и заземлителя совмещаются, например при использовании в качестве молниеотвода металлических труб или ферм.

Рис. 39. Молниеотвод: 1 — молниеприемник; 2 — токовод; 3 — заземление; 4 — мачта

Зона защиты молниеотвода — пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенной величины. Наименьшей и постоянной надежностью обладает поверхность зоны защиты; в глубине зоны защиты надежность выше, чем на ее поверхности.

В зависимости от надежности молниезащиты объектов зоны защиты делятся на зоны защиты типа А и типа Б.

Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5% и выше, а типа Б — 95% и выше.

Конструктивно молниеотводы разделяются на: стержневые — с вертикальным расположением молниеприемника; тросовые — с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах; сетки — многократные горизонтальные молниеприемники, пересекающиеся под прямым углом и укладываемые сверху на защищаемое здание.

Отдельно стоящими называются молниеотводы, опоры которых установлены на земле на некотором удалении от защищаемого объекта.

Одиночным молниеотводом называется единичная конструкция стержневого или тросового молниеотвода. Двойным (многократным) молниеотводом называется сочетание двух (или более) стержневых и тросовых молниеотводов, образующих общую зону защиты.

В окрестности молниеотвода образуется зона защиты — пространство, в пределах которого обеспечивается защита строения или какого-либо другого объекта от прямого удара молнии.

При одиночном стержневом молниеотводе с надежностью 99% эта зона представляет собой конус с высотой h0 = 0,85h (где h — высота расположения верхней части молниеприемника над поверхностью земли) и радиусом основания r₀ = h₀ (рис. 40). Это справедливо для h < 150 м (наиболее распространенная высота).

Рис. 40. Определение защитной зоны одиночного молниеотвода

При групповом молниеотводе (рис. 41) зона действия каждого молниеотвода определяется аналогичным образом с учетом соотношения расстояний L и H.

Рис. 41. Определение защитной зоны группового молниеотвода

Молниеприемники стержневых молниеотводов изготовляют из любого профиля, как правило круглого, сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм. Для защиты от коррозии их окрашивают. Молниеприемники тросовых молниеотводов изготовляют из металлических тросов диаметром около 7 мм. Если молниеотвод закреплен на крыше здания, то в качестве тоководов могут использоваться металлические конструкции и арматура здания, например металлическая лестница, расположенная с внешней стороны здания и ведущая на крышу. Тоководы должны надежно соединяться (лучше с помощью сварки) с молниеприемником и заземлителем.

Заземлитель молниезащиты — один или несколько проводников, находящихся в соприкосновении с землей и предназначенных для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений, возникающих на металлических корпусах, оборудовании, коммуникациях при близких разрядах молнии. В качестве заземлителя можно использовать зарытые в землю на глубину 2...2,5 м металлические трубы, плиты, мотки проволоки и сетки, куски металлической арматуры. Место расположения заземлителя должно ограждаться для защиты людей от поражения шаговым напряжением.

Естественными заземлителями служат заглубленные в землю металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений. Искусственные заземлители специально прокладываются в земле в виде контуров из полосовой или круглой стали либо в виде сосредоточенных конструкций, состоящих из вертикальных и горизонтальных проводников.

Категории зданий и сооружений по молниезащите

По устройству молниезащиты здания и сооружения делятся на три категории: I, II и III.

В зависимости от назначения зданий и сооружений определяется необходимость выполнения молниезащиты и ее категория.

Если используются стержневые и тросовые молниеотводы, то устанавливается тип зоны защиты в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз в месте нахождения здания или сооружения, а также от ожидаемого количества поражений его молнией в год.

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к I и II категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных проявлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации.

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) металлические коммуникации.

Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты к II категории, должны быть защищены от прямых ударов и вторичных проявлений молнии.

Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии.