Горизонтальне тросове блискавковідведення. Параметри стрижневих та тросових блискавковідводів

ВСТУП

Розподільні електричні мережі(PC) напругою 0,4-10 кВ останні рокиоснащуються електрообладнанням, апаратами, пристроями, ізоляторами та проводами, виготовленими на новій сучасній технічній базі. Експлуатація таких мережевих об'єктів вимагає надійної системизахисту від грозових перенапруг з використанням сучасних технічних засобів. Розробка технічних засобів та методів захисту від перенапруг PC пов'язана з кількісною оцінкою параметрів блискавки та ймовірної кількості грозових пошкоджень. Для розрахунків щільності прямих ударів блискавки на ґрунт використовується інформація про інтенсивність грозової діяльності. При цьому необхідно враховувати екранування мережевих об'єктів будинками, спорудами, деревами тощо. Екранування в окремих випадках може зменшити кількість прямих ударів у мережеві об'єкти на ~70%.

Надійний захист досягається, якщо обладнання та конструкції матимуть досить високу міцність ізоляції або в PC встановлені ефективні апарати захисту від грозових перенапруг. Для захисту PC напругою 0,4-10 кВ від грозових перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН), розрядники довго-іскрові (РДІ), вентиляльні розрядники (РВ) і трубчасті (РТ), захисні іскрові проміжки (ІП). Тип, кількість та місце встановлення апаратів захисту вибирається під час проектування конкретних мережевих об'єктів. При установці апаратів захисту вимоги до значення опору заземлення вибирають згідно з ПУЕ. Для магістральних ліній напругою 6-10 кВ, виконаних у габаритах ПЛ напругою 35 кВ, рекомендується застосовувати тросові блискавковідводи на підходах до підстанцій та розподільних пунктів.

Завданням захисту PC напругою 0,4 кВ є запобігання ураженням людей, тварин і виникнення пожеж внаслідок проникнення грозових перенапруг в внутрішні проводкижитлових будинків та інших будівель, а також пошкодження електроустаткування підстанцій 6-10/0,4 кВ.

ОЦІНКА ЗАХИСНОГО ДІЇ МОЛНІЄВІДВОДІВ

Параметри стрижневих та тросових блискавковідводів

Параметри стрижневих блискавковідводів

Стрижневим блискавковідводом називається конструкція у вигляді вертикального встановленого гратчастого шпиля, труби або стрижня. Стрижневий блискавковідвід як засіб грозозахисту було запропоновано В. Франкліном у 1749 році. Сучасні блискавки стандартних типів мають висоту до 40 метрів. У деяких випадках для створення нестандартних блискавковідводів як несучих конструкційвикористовуються заводські труби, опори ліній електропередач або металеві портали відкритих розподільчих пристроїв.

Блискавковідвід повинен мати надійний зв'язок із землею з опором 5-25 Ом розтіканню імпульсного струму. Захисна властивість стрижневих блискавковідводів полягає в тому, що вони орієнтують на себе лідер грозового розряду, що формується. Розряд відбувається обов'язково у вершину блискавковідводу, якщо він формується в деякій ділянці, розташованої над блискавковідведенням. Ця область має вигляд конуса, що розширюється вгору, і називається зоною 100%-го ураження. Досвідченими даними встановлено, що висота орієнтування блискавки Н залежить від висоти відведення блискавки h. Для блискавковідводів висотою до 30 метрів:

а для блискавковідводів висотою більше 30 метрів Н=600м прийнято вважати, що вершина конуса зони 100%-го ураження розташовується симетрично осі блискавковідводу на висоті об'єкта, що захищається, а радіус його на висоті орієнтування:

де - активна частина блискавковідводу, що відповідає його перевищенню над висотою об'єкта, що захищається:

Крім зазначеної зони, захисна дія стрижневого блискавковідведення характеризується зоною захисту, тобто. простором, попадання розрядів блискавок у яке виключається. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу має вигляд намету, що розширюється донизу (рис. 1.1). Для розрахунку радіусу захисту у будь-якій точці захисної зони, у тому числі і на рівні висоти об'єкта, що захищається, використовується формула:

де р - поправочний коефіцієнт, що дорівнює 1 для блискавковідводів висотою менше 30 метрів і рівний для більш високих блискавковідводів.

У тому випадку, коли для захисту протяжних об'єктів використовується кілька блискавковідводів, доцільно, щоб зони їх 100% поразки змикалися над об'єктом або навіть перекривали один одного, виключаючи вертикальний прорив блискавки на об'єкт захисту (рис. 1.2). Відстань (S) між осями блискавковідводів повинна бути рівною або менше величини, що визначається з залежності:

Зона захисту двох і чотирьох стрижневих блискавковідводів у плані на рівні висоти об'єкта, що захищається, має обриси, наведені на рис. 1.3 а, б.

Показаний малюнку радіус захисту визначається як і, як і одиночного блискавковідведення, а найменша ширина зони захисту визначається за спеціальним кривим. Слід пам'ятати, що з блискавковідводів висотою до 30 метрів, розташованих з відривом, найменша ширина зони захисту дорівнює нулю.

Малюнок 1.1 - Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

1 – межа зони захисту; 2 - переріз зони захисту на рівні

Малюнок 1.2 - Схема розташування стрижневих блискавковідводів, що забезпечує змикання зон 100% ураження

Малюнок 1.3 - Графічне зображення захисної зони:

а) - для двох блискавковідводів; б) - для чотирьох блискавковідводів

За наявності трьох і чотирьох блискавковідводів контури захисної зони мають вигляд, подібний до рис. 1.3 б. Радіуси захисту визначаються в цьому випадку так само, як і для одиночних блискавковідводів. Розмір визначається за кривими для кожної пари блискавковідводів. Діагональ чотирикутника або діаметр кола, що проходить через вершини трикутника, утвореного трьома блискавковідводами, за умовами захищеності всієї площі повинні задовольняти залежності для блискавковідводів заввишки менше 30 м:

для блискавковідводів висотою понад 30 м:

При встановленні блискавковідводів, що окремо стоять, необхідно дотримуватися певних відстаней по повітрю між блискавковідведенням і об'єктом, що захищається. Ця вимога виходить з того, що в момент ураження блискавковідведення блискавкою на ньому створюється високий потенціал, який може призвести до зворотного розряду з блискавковідводу на об'єкт. Потенціал на блискавковідведення у момент розряду визначається залежністю:

де - імпульсний опір заземлення блискавковідведення 5 - 25 Ом; - Струм блискавки в добре заземленому об'єкті, кА.

Більш точно потенціал на блискавковідводі можна визначити з урахуванням індукції.

тивності блискавковідведення:

де а - крутість фронту хвилі струму, кА/мкс; - точка блискавковідведення на висоті об'єкта, м; - Питома індуктивність блискавковідводу, мкГн/м.

Для розрахунку мінімального припустимого наближення об'єкта до блискавковідводу можна виходити із залежності:

де Е в - допустима імпульсна напруженість електричного поляу повітрі, що приймається 500 кВ/м.

Керівні вказівки щодо захисту від перенапруг рекомендують відстань до блискавковідводу приймати рівною:

Ця залежність справедлива при струмі блискавки, що дорівнює 150 кА, крутизні струму 32 кА/мксек та індуктивності блискавковідводу 1,5 мкгн/м. Незалежно від результатів розрахунку, відстань між об'єктом та блискавковідведенням має бути не менше 5 м.

Тросовий блискавковідвід

Одним з найбільш надійних засобів запобігання прямим ураженням блискавкою проводів ліній електропередач є підвіска над ними заземлених тросових блискавковідводів. Пристрій цей дорогий і тому застосовується лише на лініях першого класу напругою 110 кВ та вище. Коли лінія на металевих або дерев'яних опорах не прикрита тросами повністю, ними прикривають лише підходи до підстанцій на ділянці 1-2 км. Залежно від конструкції опор можуть бути застосовані один або два троси, наглухо приєднані до металевій опоріабо до заземлюючих металевих спусків дерев'яних опор. Для захисту троса від перепалу струмом блискавки та контролю заземлення опори кріплення троса проводиться за допомогою одного підвісного ізолятора, шунтованого іскровим проміжком. Ефективність тросового захисту тим вища, чим менший кут, утворений вертикаллю, що проходить через трос, і лінією, що з'єднує трос із крайнім проводів. Цей кут називають захисним кутом, приймаючи його величину не більше 20-30 0 .

Захисна зона для одного троса в перерізі перпендикулярній лінії, має вигляд, подібний до захисної зони для одиночного стрижневого блискавковідводу. Ширина захисної зони, що виключає пряме ураження проводів на рівні висоти їхнього підвісу, визначається залежністю:

Ця залежність є справедливою для висоти підвісу троса 30 м і нижче.

Спочатку розберемося по суті поняття. Блискаввідвідпозначає одне й те, що Грозозахистабо Блискавкозахисті відрізняється від Громовідведення, Яким називають частіше лише блискавичну частину системи захисту будівель та споруд. Тобто блискавковідведення- це «блискавкоприймач + струмовідведення + заземлення», або зовнішня складова системи. Якщо подивитися на схему будь-якого комплексного блискавкозахисту, будь то приватна садибаабо будівлю промислового, офісно-адміністративного призначення, це її частина, яка призначена саме для захисту від прямих ударів блискавки.

Конструкції (види) блискавковідводів

Усього існує 3-и базові схеми: стрижневий (малюнки а, б), тросовий (в) та блискавковідведення у вигляді блискавкоприймальної сітки (або сітчастий) (г). Комбінована схема передбачає поєднання базових варіантів.

За кількістю однакових блискавичних частин - одиночний, подвійний і т.д.

За характером і місцем установки стрижневі діляться на стрижні блискавки, збірні стрижневі, які можуть встановлюватися на фланцях, кронштейнах, спеціальних опорах або бути окремо стоять. Блискавки щогли зазвичай мають телескопічну конструкцію і метод установки на або в грунт.

Тросовий – це трос, натягнутий між опорами. Контур може бути будь-яким, у тому числі замкнутим. До нього по суті відноситься і найпростіший і дешевий варіантблискавковідведення для приватного будинку або дачі, коли замість троса на невеликій відстанівід ковзана покрівлі натягують провідник радіусом 8-10 мм (алюмінієвий, сталевий або мідний залежно від матеріалу і кольору покрівлі) на відстані не менше 20 мм від ковзана, виводять його кінці за крайні точки на відстань приблизно 30 мм і загинають трохи вгору.

Блискавкоприймальна сітка використовується на плоских або дахах з незначним ухилом.

Отже, як ми сказали, система зовнішнього блискавкозахисту може бути ізольована від споруди (окремо стоять блискавковідводи - стрижневі або тросові, а також сусідні споруди, що виконують роль природних блискавковідводів), або може бути встановлена на будівлі і навіть бути її частиною.

Розрахунок блискавковідводу

Вибір блискавковідводів рекомендують проводити за допомогою спеціальних комп'ютерних програм, здатних на підставі габаритів будівель, планів покрівлі та конструктивних елементівна ній обчислювати ймовірності прориву блискавки та зони захисту. Ось чому надійніше звертатися до спеціалізованих організацій, які швидко видадуть Вам різні варіантита конфігурації блискавковідводів.

Хоча, якщо конфігурація об'єкта, що захищається, дозволяє обійтися найпростішими блискавковідводами (одиночним стрижневим, одиночним тросовим, подвійним стрижневим, подвійним тросовим, замкнутим тросовим), розміри їх можна визначити самостійно, користуючись заданими в Інструкціях СО 153-343.213.212. -87 зон захисту.

Об'єкт вважається захищеним, якщо він повністю потрапить у зону захисту блискавкоприймального пристрою, якій надано необхідний рівень надійності.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавкоприймача (відповідно до СО 153-34.21.122-2003)

Стандартною зоною захисту в цьому випадку є круговий конус з вершиною, яка збігається з вертикальною віссю відведення блискавки. Розміри зони у разі визначені двома параметрами: висотою конуса h 0 і радіусом його підстави r 0 .

У таблиці нижче вказано їх значення залежно від необхідної надійності захисту для відведення блискавки висотою до 150 м від рівня землі. Для великих висот необхідно застосування спеціальних програмта методик розрахунку.

Для інших типів та комбінацій блискавковідводів варіації розрахунку зон захисту дивіться у розділі 3.3.2 СО 153-343.21.122-2003 та Додатку 3 РД 34.21.122-87.

Тепер, щоб визначити чи потрапляє ваш об'єкт Х в зону захисту, розраховуємо радіус горизонтального перерізу r x на висоті h x і відкладаємо його від осі блискавки до крайньої точкиоб'єкт.

Правила визначення зон захисту для об'єктів висотою до 60 м (відповідно до МЕК 1024-1-1)

В Інструкції ЗІ є методика проектування блискавковідводів для звичайних споруд за стандартом МЕК 1024-1-1, яка може бути прийнята тільки якщо розрахунки по ній виходять більш «жорсткі», ніж вимоги зазначеної Інструкції.

По ній можуть бути застосовані наступні 3 способи для різних випадків:

метод захисного кута для простих форм або маленьких частин великих споруд
метод фіктивної сфери для споруд складної форми
захисна сітка в загальному випадку та особливо для захисту поверхонь

У таблиці для різних категорій (рівнів) блискавкозахисту (докладніше про категорії або класи тут) наведено відповідні значення параметрів кожного з методів (радіус фіктивної сфери, гранично допустимі кут захисту та крок осередку сітки).

Метод кута захисту для покрівельних надбудов

Величина кута вибирається за графіком на діаграмі для відповідної висоти блискавковідводу, яка відраховується від поверхні, що захищається, і класу блискавкозахисту будівлі.

Зона захисту, як уже було сказано вище, - це круговий конус з вершиною у верхній точці стрижня блискавка.

Метод фіктивної сфери

Застосовується, коли складно визначити розміри зони захисту для окремих конструкційабо частин будівлі за методом захисного кута. Її межею є уявна поверхня, яку окреслює сфера обраного радіусу r (див. таблицю вище), якби її прокотили по вершині споруди, оминаючи блискавковідводи. Відповідно об'єкт вважається захищеним, якщо ця поверхня не має з ним загальних точок перетину або торкання.

Блискавкоприймальна сітка

Це провідник, укладений зверху на покрівлю з обраним залежно від класу захисту від блискавки будівлі кроком осередку. При цьому все металеві елементина даху (зенітні ліхтарі, вентиляційні шахти, повітрозабірники, труби тощо) обов'язково повинні бути з'єднані з сіткою. Інакше для них необхідно змонтувати додаткові блискавки. Докладніше про конструктивних особливостяхі варіантах монтажу можна прочитати в матеріалі «Блискавкозахист на плоскій покрівлі» .

Крок осередку за російськими нормами вибирають виходячи з категорії блискавкозахисту будівлі (можливо менше, але ніяк не більше).

Блискавкоприймальна сітка монтується з дотриманням низки умов:

провідники прокладають найкоротшими шляхами
при ударі блискавки у струму для відведення до заземлення має бути можливість вибору хоча б 2-х різних шляхів
за наявності ковзана та нахилу покрівлі більш ніж 1 до 10, провідник потрібно обов'язково прокласти по ньому
ніякі частини та елементи, виконані з металу, не повинні виступати за зовнішній контур сітки
обов'язковим є зовнішній контур сітки з провідника, змонтований по краю периметра даху, а край даху повинен виступати за габарити будівлі

Матеріали та перерізи провідників блискавковідводу

Як матеріали, що використовуються для виробництва блискавкоприймального обладнання та струмовідводів використовуються оцинкована та нержавіюча сталь, мідь та алюміній. До них пред'являються вимоги корозійної стійкості та механічної міцності, якщо використовується захисне покриття, воно повинно мати хорошу адгезію з основним матеріалом.

У таблиці вказані вимоги до профілю провідників та стрижнів щодо мінімальної площі перерізу та діаметра (згідно з ГОСТ 62561.2-2014)

Монтаж блискавковідводу для приватного будинку та промислової будівлі

Розглянемо які ж елементи монтажу включають зазвичай система зовнішнього блискавкозахисту. На рисунках нижче показані приклади блискавковідведення приватного будинку та промислової будівлі.

Відповідними номерами тут є такі вироби та їх найменування:

Круглі та плоскі провідники, троси

Компоненти блискавкозахисту на плоских покрівлях, перемички та компенсатори.

Компоненти блискавкозахисту на скатних покрівлях, покрівельні тримачі провідника

Компоненти блискавкозахисту на металевих покрівлях, покрівельні тримачі провідника

Струмовідводи, тримачі струмовідводів

Стрижні земляного введення, сполучні провідники, оглядові колодязі, тримачі провідників

Клеми для ринв, клеми, сполучні компоненти

Блискавки, компоненти

Ізольований блискавкозахист

Монтаж можна розділити на три етапи: пристрій блискавкоприймаючої частини зовнішньої блискавкозахисної системи (блискавкоприймачі та їх елементи кріплення), прокладання струмовідводів (покрівельна та фасадна частина будівлі) та земляні роботиз улаштування заземлення. Як правило, у всіх компаній вартість робіт становить деякий відсоток від ціни матеріалів.

Компанія МЗК-Електро пропонує відмінні ціни на блискавковідводи та комплектуючі. Асортимент виробів на нашому складі становить понад 1.500 позицій, закупівля здійснюється безпосередньо за дилерськими контрактами у прямих виробників, що передбачає обов'язкову сертифікаціюта гарантію. Всі вироби мають необхідні сертифікати якості та гарантію. Ми також займаємося проектуванням та монтажем будь-яких систем блискавкозахисту будівель та споруд, як для приватних домовласників, так і промислових підприємств. Ознайомитись з нашими цінами можна у відповідному розділі.

Розрахунок вартості

Наші об'єкти

АТ "Мосводоканал", Фізкультурно-оздоровчий комплекс будинку відпочинку «Пялово»

Адреса об'єкта:Московська область, Митищинський район, дер. Пруси, буд. 25

Вигляд робіт:Проектування та монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту.

Склад блискавкозахисту:По плоскій покрівлі споруди, що захищається, укладена блискавкоприймальна сітка. Дві димарі захищені за допомогою встановлення на них блискавкоприймальних стрижнів довжиною 2000 мм і діаметром 16 мм. Як блискавкоприймальний провідник використана сталь гарячого цинкування діаметром 8 мм (перетин 50 кв.мм відповідно до РД 34.21.122-87). Струмовідводи прокладені за водостічні трубина хомутах із затискними клемами. Для струмовідводів використаний провідник із сталі гарячого цинкування діаметром 8 мм.

ГТЕС Терешкове

Адреса об'єкта:м. Москва. Борівське ш., комунальна зона «Терешкове».

Вигляд робіт:монтаж системи зовнішнього блискавкозахисту (блискавкоприймальна частина та струмовідводи).

Комплектуючі:виробництва фірми OBO Bettermann.

Виконання:Загальна кількість провідника із сталі гарячого цинкування для 13 споруд у складі об'єкта становила 21.5000 метрів. По покрівлях прокладається блискавкоприймальна сітка з кроком осередку 5х5 м, по кутах будівель монтуються по 2 струмовідводи. Як елементи кріплення використані стінові тримачі, проміжні з'єднувачі, тримачі для плоскої покрівліз бетоном, швидкісні сполучні клеми.

Блискавка - пристрій для захисту будівель і споруд від прямих ударів блискавки. М. включає чотири основні частини: блискавкоприймач, що безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідвід, що з'єднує блискавкоприймач із заземлювачем; заземлювач, через який струм блискавки стікає в землю; несучу частину (опору або опори), призначену для закріплення блискавкоприймача та струмовідводу.

Залежно від конструкції блискавкоприймача розрізняють стрижневі, тросові, сітчасті та комбіновані М.

За кількістю спільно діючих блискавкоприймачів їх ділять на одиночні, подвійні та багаторазові.

Крім того, за місцем розташування М. бувають окремі, ізольовані і не ізольовані від будівлі, що захищається. Захисна дія М. заснована на властивості блискавки вражати найвищі та добре заземлені металеві споруди. Завдяки цій властивості нижча по висоті будівля, що захищається, практично не вражається блискавкою, якщо вона входить в зону захисту М. Зоною захисту М. називається частина простору, що примикає до нього і з достатнім ступенем надійності (не менше 95%) забезпечує захист споруд від прямих ударів блискавки. Найчастіше для захисту будівель та споруд застосовують стрижневі М.

Тросові М. найчастіше застосовують для захисту будівель великої довжиниі високовольтних ліній. Ці М. виготовляють у вигляді горизонтальних тросів, закріплених на опорах, по кожній з яких прокладають струмовідведення. Стрижневі та тросові М. забезпечують однаковий ступінь надійності захисту.

Як блискавкоприймачів можна використовувати металевий дах, заземлений по кутах і по периметру не рідше ніж через кожні 25 м, або накладену на неметалічний дах сітку з сталевого дротудіаметром не менше 6 мм, що має площу осередків до 150 мм2, з вузлами, закріпленими зварюванням, і заземлену так само, як металевий дах. До сітки або струмопровідної покрівлі приєднують металеві ковпаки над димовими та вентиляційними трубами, а у разі відсутності ковпаків - спеціально накладені на труби дротяні кільця.

М. стрижневий - М. з вертикальним розташуванням блискавкоприймача.

М. тросовий (протяжний) - М. з горизонтальним розташуванням блискавкоприймача, закріпленого на двох заземлених опорах.

ЗОНИ ЗАХИСТУ БЛИЩЕННЯВІДВОДІВ

Зазвичай зону захисту позначають максимальної ймовірності прориву, що відповідає її зовнішньому кордоні, хоча в глибині зони ймовірність прориву істотно зменшується.

Розрахунковий метод дозволяє побудувати для стрижневих та тросових блискавковідводів зону захисту з довільним значенням ймовірності прориву, тобто. для будь-якого блискавковідводу (одинакового чи подвійного) можна побудувати довільну кількість зон захисту. Проте більшість народногосподарських будинків достатній рівень захисту можна забезпечити, користуючись двома зонами, з ймовірністю прориву 0,1 і 0,01.

У термінах теорії надійності ймовірність прориву - це параметр, що характеризує відмову блискавковідведення як захисного пристрою. При такому підході двом прийнятим зон захисту відповідає ступінь надійності 0,9 і 0,99. Ця оцінка надійності справедлива при розміщенні об'єкта поблизу межі зони захисту, наприклад об'єкта у вигляді кільця, співвісного зі стрижневим блискавковідводом. У реальних об'єктів (звичайних будівель) на межі зони захисту, як правило, розташовані лише верхні елементи, а більшість об'єкта міститься в глибині зони. Оцінка надійності зони захисту за її зовнішнім кордоном призводить до надмірно занижених значень. Тому, щоб врахувати існуюче на практиці взаємне розташуванняблискавковідводів та об'єктів, зон захисту А і Б приписана в РД 34.21.122-87 орієнтовний ступінь надійності 0,995 і 0,95 відповідно.

Одиночний стрижневий блискавковідведення.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою h є круговим конусом (рис. П3.1), вершина якого знаходиться на висоті h0

1.1. Зони захисту одиночних стрижневих блискавковідводів заввишки h? 150 м мають такі розміри.

Зона A: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 - 0,002h) (h - hx/0,85).

Зона Б: h0 = 0,92 h;

rx = 1,5 (h - hx / 0,92).

Для зони Б висота одиночного стрижневого блискавковідведення при відомих значеннях і може бути визначена за формулою

h = (rx + 1,63 hx)/1,5.

Мал. П3.1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

I - межа зони захисту на рівні hx, 2-то ж на рівні землі

Поодинокий тросовий блискавковідведення.

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки h? 150 м наведено на рис. П3.5 де h - висота троса в середині прольоту. З урахуванням стріли провісу троса перетином 35-50 мм2 при відомій висоті опор hоп і довжині прольоту висота троса (в метрах) визначається:

h = hоп - 2 при а< 120 м;

h = hоп - 3 при 120< а < 15Ом.

Мал. П3.5. Зона захисту одиночного тросового блискавковідведення. Позначення ті ж, що й на рис. П3.1

Нижче пояснюється підхід до визначення зон захисту блискавковідводів, побудова яких здійснюється за формулами додатки 3РД 34.21.122-87.

Захисна дія блискавковідводу заснована на "властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати вищі і добре заземлені предмети в порівнянні з розташованими поруч об'єктами меншої висоти. Тому на блискавковідвід, що піднімається над об'єктом, що захищається, покладається функція перехоплення блискавок, які за відсутності блискавковідводу вразили б об'єкт. захисна дія блискавковідведення визначається через ймовірність прориву - відношення числа ударів блискавки в захищений об'єкт (числа проривів) до загального числа ударів у блискавковідведення та об'єкт.

Існує кілька способів оцінки ймовірності прориву, що ґрунтуються на різних фізичних уявленнях про процеси ураження блискавкою. У РД 34.21.122-87 використані результати розрахунків за ймовірнісною методикою, що пов'язує ймовірність ураження блискавковідведення та об'єкта з розкидом траєкторій блискавки, що низходить без урахування варіацій її струмів.

Згідно з прийнятою розрахунковою моделлю неможливо створити ідеальний захист від прямих ударів блискавки, що повністю виключає прориви на об'єкт, що захищається. Однак на практиці можна здійснити взаємне розташування об'єкта і блискавковідводу, що забезпечує низьку ймовірність прориву, наприклад 0,1 і 0,01, що відповідає зменшенню числа уражень об'єкта приблизно в 10 і 100 разів порівняно з об'єктом, де відсутній блискавковідвід. Для більшості сучасних об'єктів за таких рівнів захисту забезпечується мала кількість проривів за весь термін їхньої служби.

Вище розглядався виробничий будинок заввишки 20 м і розмірами в плані 100×100 м, розташований у місцевості з тривалістю гроз 40-60 год на рік; якщо ця будівля захищена блискавковідводами з ймовірністю прориву 0,1, в неї можна очікувати не більше одного прориву за 50 років. При цьому не всі прориви однаково небезпечні для об'єкта, що захищається, наприклад запалення можливі при великих струмах або зарядах, що переносяться, які зустрічаються не в кожному розряді блискавки. Отже, на даний об'єкт очікується одна небезпечна дія за термін, що явно перевищує 50 років або для більшості промислових об'єктів II та III категорій не більше одного небезпечного впливу за весь час їх існування. При ймовірності прориву 0,01 у той самий будинок можна очікувати трохи більше прориву за 500 років - період, набагато перевищує термін служби будь-якого промислового об'єкта. Такий високий рівень захисту виправданий лише для об'єктів І категорії, які становлять постійну загрозу вибуху.

Виконуючи серію розрахунків ймовірності прориву в околиці блискавковідводу, можна побудувати поверхню, що є геометричним місцем положення вершин об'єктів, що захищаються, для яких ймовірність прориву - постійне значення. Ця поверхня є зовнішньою межею простору, що називається зоною захисту блискавковідводу; для одиночного стрижневого блискавковідводу ця межа - бічна поверхня кругового конуса, для одиночного троса - двосхилий плоска поверхня.

У термінах теорії надійності ймовірність прориву - це параметр, що характеризує відмову блискавковідведення як захисного пристрою. При такому підході двох прийнятих зон захисту відповідає ступінь надійності 0,9 і 0,99. Така оцінка надійності справедлива при розміщенні об'єкта поблизу межі зони захисту, наприклад об'єкта у вигляді кільця, співвісного зі стрижневим блискавковідводом. У реальних об'єктів (звичайних будівель) на межі зони захисту, як правило, розташовані лише верхні елементи, а більшість об'єкта міститься в глибині зони. Оцінка надійності зони захисту за її зовнішнім кордоном призводить до надмірно занижених значень. Тому, щоб врахувати існуюче на практиці взаємне розташування блискавковідводів та об'єктів, зон захисту А і Б приписана в РД 34.21.122-87 орієнтовний ступінь надійності 0,995 і 0,95 відповідно.

Мал. 1. Номограми для визначення висоти одиночних (а) та подвійних рівної висоти (б) блискавковідводів у зоні А

Розрахунковий метод ймовірності прориву розроблений тільки для низхідних блискавок, що переважно вражають об'єкти висотою до 150 м. Тому в РД 34.21.122 - 87 формули для побудови зон захисту одиночних і багаторазових стрижневих і тросових блискавковідводів обмежені висотою 150 м. На сьогоднішній день уражності низхідними блискавками об'єктів більшої висоти дуже малий і переважно належить до Останкинской телевізійної вежі (540 м). На підставі фотореєстрацій можна стверджувати, що блискавки, що сходять, прориваються більш ніж на 200 м нижче її вершини і вражають землю на відстані близько 200 м від заснування вежі. Якщо розглядати Останкінську телевізійну вежу як стрижневий блискавковідвід, можна зробити висновок, що відносні розміри зон захисту блискавковідводів висотою понад 150 м рідко скорочуються зі збільшенням висоти блискавковідводів. З урахуванням обмеженості фактичних даних про ураження надвисоких об'єктів у РД 34.21.122 - 87 включені формули для побудови зон захисту тільки для стрижневих блискавковідводів висотою понад 150 м.

Мал. 2. Номограми для визначення висоти одиночних (а) та подвійних рівної висоти (б) блискавковідводів у зоні Б

Метод розрахунку зон захисту від уражень блискавками, що сходять, поки не розроблений. Однак за даними спостережень відомо, що висхідні розряди порушуються з гострих предметів поблизу вершини високих споруд і ускладнюють розвиток інших розрядів з нижчих рівнів. Тому для таких високих об'єктів, як залізобетонні димарі або вежі, передбачається, перш за все, захист від механічних руйнувань бетону при збудженні висхідних блискавок, що здійснюється шляхом встановлення стрижневих або кільцевих блискавкоприймачів, що забезпечують максимально можливе з конструктивних міркувань перевищення над вершиною об'єкта ( п. 2.31).

У цьому посібнику наведені номограми для визначення стрижневих висот Зта трасових Тодиночних та подвійних блискавковідводів, що забезпечують зони захисту А та Б (рис. 1 та 2). Використання цих номограм, побудованих відповідно до розрахункових формул та позначень додатки 3РД 34.21.122-87 дозволяє скоротити обсяг обчислень і спростити вибір засобів блискавкозахисту при проектуванні.

Захисна дія блискавковідводу, заснована на властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати, вищі та добре заземлені предмети, порівняно з розташованими поряд об'єктами меншої висоти. Тому на блискавковідвід, що височіє над об'єктом, що захищається, покладається функція перехоплення блискавок, які за відсутності блискавковідводу вразили б об'єкт. Кількісно захисна дія блискавковідведення визначається через ймовірність прориву - відношення числа ударів у захищений об'єкт (числа проривів) до загального числа ударів у блискавковідведення та об'єкт.

Неможливо створити ідеальний захист від прямих ударів блискавки, що повністю виключає прориви на об'єкт, що захищається. Однак на практиці можна здійснити взаємне розташування об'єкта і блискавковідводу, що забезпечує низьку ймовірність прориву, наприклад 0,1 і 0,01, що відповідає зменшенню числа уражень об'єкта приблизно в 10 і 100 разів у порівнянні з незахищеним об'єктом. Для більшості сучасних об'єктів за таких рівнів захисту забезпечується мала кількість проривів за весь термін їхньої служби.

Підхід до нормування заземлювачів блискавкозахисту

Одним з ефективних способів обмеження грозових перенапруг у ланцюгу блискавковідводів, а також на металевих конструкціях та обладнанні об'єкта є забезпечення низьких опорів заземлювачів. Тому при виборі блискавкозахисту нормування підлягає опір заземлювача або інші його характеристики, пов'язані з опором.

Для зовнішніх установок максимально допустимий імпульсний опір заземлювачів прийнято рівним 50 Ом.

В даний час поширеними та рекомендованими конструкціями заземлювачів є залізобетонні фундаменти. До них пред'являється додаткова вимога - виключення механічних руйнувань бетону під час розтікання через фундамент струмів блискавки. Залізобетонні конструкції витримують великі щільності струмів блискавки, що розтікаються по арматурі, що пов'язано з короткочасністю цього розтікання. Поодинокі залізобетонні фундаменти (палі довжиною не менше 5 або підніжники довжиною не менше 2 м) здатні без руйнування витримувати струми блискавки до 100 кА. Для фундаментів великих розмірів з відповідно більшою поверхнею арматури небезпечна для руйнування бетону щільність струму малоймовірна за будь-яких можливих струмів блискавки.

Нормування параметрів заземлювачів за їх типовими конструкціями має ряд переваг: воно відповідає прийнятій у будівельній практиці уніфікації залізобетонних фундаментів з урахуванням їхнього повсюдного використання як природні заземлювачі; при виборі блискавкозахисту не потрібно виконувати розрахунки імпульсних опорів заземлювачів, що скорочує обсяг проектних робіт.

Загальні положення щодо влаштування блискавкозахисту

Пристрої блискавкозахисту (блискавковідводи) повинні включати блискавкоприймачі, що безпосередньо сприймають удар блискавки, струмовідводи і заземлювачі.

Стрижневі блискавкиповинні бути виготовлені зі сталі (круглої, смугової, кутової, трубчастої) будь-якої марки перетином не менше 200 мм 2 , довжиною не менше 500 мм і укріплені на опорі або безпосередньо на самому будинку або споруді, що захищається.

Тросові блискавкиповинні бути виготовлені із сталевих багатодротяних канатів перетином не менше 50 мм 2 .

Струмовідводи, що з'єднують блискавки всіх видів із заземлювачами, слід виконувати зі сталі. Їх розміри мають бути не менш наведеними нижче:

Зовні будівлі На повітрі У землі

Діаметр круглих струмовідводів та перемичок, мм 8 -

Діаметр круглих вертикальних (горизонтальних) електродів, мм - 16(14)

Перетин (товщина) прямокутних струмовідводів, мм 2 (мм) 50(4) 160(4)

Блискавкоприймальна сітка повинна бути виконана з оцинкованих сталевих провідників діаметром не менше 8 мм, укладена на неметалеву покрівлю будівлі зверху або під утеплювач або гідроізоляцію, що не згоряють або важко згорають. Розмір осередків сітки має бути не більше 6x6 м. Сітка у вузлах має бути з'єднана зварюванням.

У будинках з покриттями металевими фермами або балками блискавкоприйнятну сітку на покрівлі не укладають. У цьому випадку несучі конструкції покриття повинні бути пов'язані струмовідведення зі сталевих стрижнів марки А1 діаметром 12 мм. Усі металеві деталі, розташовані на покрівлі (труби, вентиляційні пристрої, водостічні лійки тощо) повинні бути з'єднані з блискавкоприймальною сіткою блискавковідводами. На неметалічних частинах будівель, що піднімаються, слід додатково укласти металеву сітку і з'єднати її за допомогою зварювання з блискавкоприймальною сіткою на покрівлі.

При прокладанні блискавкоприймальної сітки та установці блискавковідводів слід використовувати на об'єкті, що захищається всюди, де це можливо, як струмовідведення металеві конструкції будівель і споруд (колони, ферми, рами, пожежні сходи тощо, а також арматуру залізобетонних конструкцій) за умови забезпечення безперервного електричного зв'язку в з'єднаннях конструкцій та арматури з блискавкоприймачами та заземлювачами, що виконуються, як правило, зварюванням

Як заземлювачів блискавкозахисту допускається використовувати всі рекомендовані ПУЕ заземлювачі електроустановок, за винятком нульових проводів повітряних ліній електропередачі напругою до 1 кВ.

Залізобетонні фундаменти будівель, споруд, зовнішніх установок, опор блискавковідводів слід, як правило, використовувати як заземлювачів блискавкозахисту за умови забезпечення безперервного електричного зв'язку з їхньої арматури та приєднання її до закладних деталей за допомогою зварювання.

Бітумні та бітумно-латексні покриття не є перешкодою для такого використання фундаментів. У середньо- та сильноагресивних ґрунтах, де захист залізобетону від корозії виконується епоксидними та іншими полімерними покриттями, а також при вологості ґрунту менше 3% використовувати фундаменти як заземлювачі не допускається.

Штучні заземлювачі слід розташовувати під асфальтовим покриттям або в місцях, що рідко відвідуваються (на газонах, у віддаленні на 5 м і більше від ґрунтових проїжджих і пішохідних доріг тощо).

Вирівнювання потенціалів усередині будівель та споруд шириною понад 100 м повинні відбуватися за рахунок безперервного електричного зв'язку між несучими внутрішньоцеховими конструкціями та залізобетонними фундаментами, якщо останні можуть бути використані як заземлювачі. В іншому випадку повинна бути забезпечена прокладка всередині будівлі в землі на глибині не менше ніж 0,5 м протяжних горизонтальних електродів перерізом не менше ніж 100 мм 2 . Електроди слід прокладати не рідше ніж через 60 м по ширині будівлі і приєднувати по його торцях з двох сторін до зовнішнього контуру заземлення.

На відкритих майданчиках, що часто відвідуваються, з підвищеною небезпекою ураження блискавкою (поблизу монументів, телевеж і подібних споруд висотою понад 100 м) вирівнювання потенціалу виконується приєднанням тоководів або арматури споруди до його залізобетонного фундаменту не рідше ніж через 25 м по периметру основи споруди.

При неможливості використання залізобетонних фундаментів як заземлювачів під асфальтовим покриттям майданчика на глибині не менше 0,5 м через кожні 25 м повинні бути прокладені горизонтальні електроди, що радіально розходяться, перетином не менше 100 мм 2 і довжиною 2-3 м, приєднані до заземлювачів захисту споруди від прямі удари блискавки.

При зведенні в грозовий період високих будівель та споруд на них у ході будівництва, починаючи з висоти 20 м, необхідно передбачати наступні тимчасові заходи щодо захисту від блискавки. На верхній відмітці об'єкта, що будується, повинні бути закріплені блискавкоприймачі, які через металеві конструкції або вільно спускаються вздовж стін струмовідводи слід приєднувати до заземлювачів, зазначених у пп. 3.7 та 3.8 РД. У зону захисту типу Б блискавковідводів повинні входити всі зовнішні майданчики, де під час будівництва можуть бути люди. З'єднання елементів блискавкозахисту можуть бути звареними або болтовими. У міру збільшення висоти об'єкта, що будується, блискавкоприймачі слід переносити вище.

Пристрої та заходи щодо блискавкозахисту, що відповідають вимогам цих норм, повинні бути закладені у проект та графік будівництва або реконструкції будівлі таким чином, щоб виконання блискавкозахисту відбувалося одночасно з основними будівельно-монтажними роботами.

Пристрої блискавкозахисту будівель та споруд повинні бути прийняті та введені в експлуатацію до початку оздоблювальних робіт, а за наявності вибухонебезпечних зон – до початку комплексного випробування технологічного обладнання.

При цьому оформляється і передається замовнику скоригована При будівництві та монтажі проектна документація щодо влаштування блискавкозахисту (креслення та пояснювальна записка) та акти приймання пристроїв блискавкозахисту, в тому числі акти на приховані роботи з приєднання заземлювачів до струмовідводів та струмовідводів до блискавкоприймачів каркаса будівлі в якості струмовідводів і блискавкоприймачів, а також результати вимірів опорів струму промислової частоти заземлювачів блискавковідводів, що окремо стоять.

Перевірка стану пристроїв блискавкозахисту повинна проводитися для будівель та споруд I та II категорій 1 раз на рік перед початком грозового сезону, для будівель та споруд Ш категорії – не рідше 1 разу на 3 роки.

Перевірці підлягають цілість і захищеність від корозії Доступних огляду частин блискавкоприймачів і струмовідводів і контактів між ними, а також значення опору струму промислової частоти заземлювачів блискавковідводів, що окремо стоять. Це значення не повинно перевищувати результатів відповідних вимірів на стадії приймання більш ніж у 5 разів. Інакше слід проводити ревізію заземлювача.

Залежно від конкретних умов можливі різні варіанти (або їх комбінації) блискавкозахисту. Найпростіше обладнати системою блискавкозахисту будинку з металевою покрівлею. Для цього достатньо підвести до двох протилежних схилів даху струмовідведення і з'єднати їх із заземлювачами (наприклад, водопровідною трубою). Як струмовідведення можна використовувати водостічні труби, зануливши їх у разі потреби за допомогою вертикального або горизонтального заземлювача.

Будівлю з не металевою покрівлею можна обладнати тросовою системою блискавкозахисту у вигляді натягнутого вздовж ковзана даху сталевого дроту діаметром 5-6 мм з блискавкоприймачами, розташованими вище найвищої точки будови або її елементів. Дріт із зазором 250 мм від коника даху натягують між дерев'яними стійками, встановленими на фронтонах, якщо вона розташована вище за інші елементи будови (наприклад, димохідної труби), то в цьому випадку її можна вважати блискавкоприймачем.

Тросова система блискавкозахисту:

а - загальний вигляд; б - кріплення "вилки" на трубі; в - правильне розташування тросового блискавкоприймача; 1 - стрижневий блискавкоприймач; 2 - тросовий блискавкоприймач; 3 – стійки;

4 - вимощення; 5 - заземлювач; 6 – зона зволоження; 7 – пішохідна доріжка; 8 - струмовідвід