Средства и способы молниезащиты

Тяжесть последствий удара молнии зависит прежде всего от взрыво- или пожароопасности здания или сооружения при термических воздействиях молнии. В производствах, постоянно связанных с открытым огнем, применением несгораемых материалов и конструкции, протекание тока молнии не представляет большой опасности. Напротив, наличие внутри объекта взрывоопасной среды создает угрозу разрушений, гибели людей, большого материального ущерба. В связи с этим все здания и сооружения делятся на три категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией.

К первой категории (таблица 5.15) отнесены производственные помещения, в которых в нормальных технологических режимах могут находиться и образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений не только для данного объекта, но и для расположенных вблизи.

Таблица 5.15 – Зоны и категории молниезащиты зданий и сооружений

Здания и сооружения	Местоположение	Тип зоны защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов	Категория молниезащиты
1. Здания и сооружения или их части, помещения которых, согласно ПУЭ, относятся к зонам классов В-I и В-II	На всей территории Российской Федерации	Зона А	I
2. То же классов В-Iа, В-Iб, В-IIа	В местности со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более	При ожидаемом количестве поражений молнией в год N>1 – зона А; при N≤1 – зона Б	II
3. Наружные установки, создающие зону класса В-Iг	На всей территории Российской Федерации	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

Здания и сооружения	Местоположение	Тип зоны защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов	Категория молниезащиты
5. Расположенные в сельской местности небольшие строения III…V степеней огнестойкости, помещения которых 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	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
6. Наружные установки и открытые склады, создающие зону классов II…III. Здания и сооружения III, IIIа, IIIб, IV, V степеней огнестойкости, относимые к зонам взрыво- и пожароопасных классов	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 из легких металлических конструкций со сгораемым утеплителем (IVа степени огнестойкости), в которых отсутствуют помещения, относимые к зонам взрыво- и пожароопасных классов	В местности со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более	При 0,1<N≤2 – зона Б, при N>2 – зона А	III
8. Небольшие строения III–V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности, в которых отсутствуют помещения, относимые к зонам взрыво- и пожароопасных классов	В местности со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более для III, IIIа, IIIб, IV, V степеней огнестойкости при N<0,1, для Ivа степени огнестойкости при N<0,02	При 0,1<N≤2 – зона Б, при N>2 – зона А	III
9. 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	II
10. 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	Зона Б	II
11. 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. Отдельно стоящие жилые и общественные здания в сельской местности высотой более 30 м. Общественные здания III…V степеней огнестойкости следующего назначения: детские дошкольные учреждения, школы и школы-интернаты, стационары лечебных учреждений, культурно-просветительные и зрелищные учреждения, административные здания, вокзалы, гостиницы.	В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более	Зона Б	II

Во вторую категорию попадают производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы. Для этих объектов удар молнии создает опасность взрыва только при совпадении с технологической аварией. Благодаря умеренной продолжительности гроз на территории Российской Федерации вероятность совпадения этих событий достаточно мала.

К третьей категории отнесены объекты, последствия поражения которых связаны с меньшим материальным ущербом, чем при взрывоопасной среде. Сюда входят здания и сооружения с пожароопасными помещениями или строительными конструкциями низкой огнестойкости. Для них требования к молниезащите ужесточаются с увеличением вероятности поражения объекта (ожидаемого количества поражений молнией). Кроме того, к этой категории отнесены объекты, поражение которых представляет опасность электрического воздействия на людей и животных: большие общественные здания, животноводческие строения, высокие сооружения типа труб, башен, монументов. Сюда же отнесятся мелкие строения в сельской местности, где чаще всего используются сгораемые конструкции. Согласно статистическим данным на эти объекты приходится значительная доля пожаров, вызванных грозой. Из-за небольшой стоимости этих строений молниезащита выполняется упрощенными способами, не требующими значительных материальных затрат.

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод – устройство, рассчитанное на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящее ее ток в землю. Молниеотвод был изобретен в середине XVIII века американским ученым и политиком Бенджамином Франклином.

Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие и установленные на самом объекте. Установка отдельно стоящих молниеотводов исключает возможность термического воздействия на объект при поражении молниеотвода. Для объектов с постоянной взрывоопасностью, отнесенных к I категории, принят этот способ защиты, обеспечивающий минимальное количество опасных воздействий при грозе. Для объектов II и III категорий в равной мере допустимо использование как отдельно стоящих молниеотводов, так и установленных на защищаемом объекте.

Молниеотвод состоит из следующих элементов: молниеприемника, опоры, токоотвода и заземлителя. На практике они могут образовывать единую конструкцию, например, металлическая мачта или ферма здания представляет собой молниеприемник, опору и токоотвод одновременно.

По типу молниеприемника молниеотводы разделяются на стержневые (вертикальные), тросовые (горизонтальные протяженные) и сетки, состоящие из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений. Молниеприемные сетки укладываются на неметаллическую кровлю защищаемых зданий и сооружений.

Во всех возможных случаях близкорасположенные высокие сооружения необходимо использовать в качестве отдельно стоящих молниеотводов, а конструктивные элементы зданий и сооружений, например, металлическую кровлю, фермы, металлические и железобетонные колонны и фундаменты, – в качестве, соответственно, молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Защита от термических воздействий прямого удара молнии осуществляется путем надлежащего выбора сечений молниеприемников и токоотводов (таблица 5.16) и толщины корпусов наружных установок.

Таблица 5.16 – Минимально-допустимые диаметры токоотводов и заземлителей

Форма токоотвода и заземлителя	Сечение (диаметр) токоотвода и заземлителя, проложенных
снаружи здания на воздухе	в земле
Круглые токоотводы и перемычки диаметром, мм		–
Круглые вертикальные электроды диаметром, мм	–
Круглые горизонтальные электроды диаметром, мм	–
Прямоугольные электроды: – сечением, мм² – толщиной, мм

Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона или дерева.

Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены из стали любой марки сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм, и защищены от коррозии оцинкованием или окраской. Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм².

Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями следует выполнять сваркой. Разрешается выполнение болтовых соединений с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом.

Защита от напряжений прикосновения и шага обеспечивается путем прокладки токоотводов в малодоступных для людей местах и равномерного размещения заземлителей по территории объекта.

Защита от вторичных воздействий молнии обеспечивается присоединением металлических объектов и вводимых коммуникаций к заземлителям определенных конструкций, а также ограничением площади незамкнутых контуров внутри зданий путем наложения перемычек в местах сближения металлических коммуникаций.

Для исключения искрения в местах соединений протяженных металлических коммуникаций обеспечиваются низкие переходные сопротивления – не более 0,03 Ом, например, во фланцевых соединениях трубопроводов этому требованию соответствует затяжка шести болтов на каждый фланец.