Молниезащита зданий и сооружений

Это важный элемент в мерах повышения устойчивости функционирования любого объекта экономики (ПУФ ОЭ), особенно такого, в котором работает много потенциально опасного и сложного оборудования. Воздействие молнии вызывает первичное воздействие (прямой удар) и вторичное воздействие (электростатическая и электромагнитная индукция). Результат: пожары, взрывы, искрение, разряды между металлическими конструкциями и т. п. Быстрое изменение тока (J) вызывает электромагнитную индукцию, т. е. наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах. Первичное проявление индукции — возможно искрение в местах сближения незамкнутых металлических контуров. Вторичное ее проявление — возможен занос высоких потенциалов от молнии внутрь здания по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям (рельсам, кабелям, ЛЭП).

Молниезащита объектов — это комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений и т. д. от возможных взрывов, возгораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии. Обеспечение молниезащиты с целью предохранения от взрывов, пожаров и разрушений, возможных при воздействиях молнии, производится в соответствии с РД 34.21.122—87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений».

Защита от прямых ударов молнии осуществляется молниеотводами: стержневыми, тросовыми, сеточными, при этом величина тока отвода в землю (J) может достигать 10 000 А. Зоны защиты молниеотводов — это часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности: для зоны, А — степень защиты 99,5%, для зоны Б — 95% и выше. Наиболее важные объекты, оснащенные системами ЧПУ и ПЭВМ, должны иметь степень защиты не ниже 99,5%.

Защита от индукции осуществляется путем присоединения металлических корпусов оборудования к заземлителю (он выполняется специально) или к защитному заземлению. Для защиты от электростатической индукции подземные металлические коммуникации при вводе в объект присоединяются к заземлителям (трубы, стержни, тросы и т. д.); трубопроводы и кабельные тоннели заземляют в начале и конце, на ответвлениях и на вводе в здание (к молниеотводу).

Порядок выбора молниезащиты. Сначала устанавливают класс зоны по ПУЭ защищаемого оборудования в здании, помещении или их части (зоны классов В или П). Это делается еще на стадии оценки мер по пожарной безопасности. Затем, зная местоположение объекта на территории России, по табл. 1 в РД 34.21.122—87 выбирают категорию молниезащиты (I, II или III) и тип зоны защиты (А или Б) — при использовании стержневых и тросовых молниеотводов.

Тип зоны защиты выбирают в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз (п) в месте нахождения здания или сооружения, а также от ожидаемого количества поражений его молнией в год (N).

Среднее число поражений молнией на 1 км² поверхности в год (или строений, не оборудованных молниезащитой) определяют по формуле.

Для сосредоточенных высоких сооружений (башни, вышки, дымовые трубы и т. п.) риск поражения молнией равен.

где I, b — длина и ширина строения, имеющего в плане прямоугольную форму, м; h — высота строения по его боковым сторонам, м; п — среднегодовое число ударов молний на 1 км² земной поверхности в районе расположения объекта.

Для расчета N и п надо знать интенсивность грозовой деятельности в данной местности (И, часов в год). Фактическую И в данной местности выбирают по картам районирования, приведенным в ПУЭ или в РД 34.21.122—87, потом определяют п:

Пример Для Мурманска И = 10 ч/год, для Москвы — 20—40 ч/год, а для Курска — 80—100 ч/год.

Здания и сооружения, имеющие помещения с классами взрывоопасных зон В-I и В-Н, оборудуются молниезащитой I категории с зоной защиты типа А. Здания с помещениями класса В-Ia, б, г и В-Па должны иметь молниезащиту категории II (при ожидаемом количестве поражений молнией в год здания или сооружения N > 1 — зона А; при N < < 1 — зона Б). Такие здания и сооружения должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации. Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к категории III, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) металлические коммуникации.

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

Пример Здание имеет помещения, которые по ПУЭ относятся к зонам классов В-1 и В-И. По табл. 1 в РД 34.21.122—87 находим, что на любой территории России оно должно иметь I категорию молниезащиты и тип зоны защиты, А (при использовании стержневых и тросовых молниеотводов).

Для литейных производств примеры взрывоопасных зон приведены в приложении В.

Расчеты молниезащиты достаточно объемные, имеется много вариантов выполнения. Методики выбора конструкции молниеотводов и расчета основных параметров молниеотводов приведены в РД 34.21.122—87.

В зависимости от необходимой высоты, на которой надо обеспечить молниезащиту в здании (h_x), и в зависимости от необходимого размера зоны защиты (г, г_х и а) расчетным путем определяют высоту молниеотводов Н, параметры Н₀ и S.

Примеры выполнения видов молниезащиты и защитных зон приведены на рис. П. 2. На рис. П. З в качестве примера приведена схема защиты генератора от грозовых перенапряжений.

Рис. П. 2. Некоторые виды молниезащиты и их защитные зоны:

а — стержевой одиночный; б — стержневой двойной; в — антенный; 1 — молниеотвод; 2 — токоприемник; 3 — заземление Ниже в качестве примера приведен самый простой порядок расчета одиночного молниеотвода [П.Д.1]. Его можно устанавливать самостоятельно (как на рис. П. З, а) или несколько с разных сторон здания на разных расстояниях (рис. П. З, б). При расчете надо обеспечить безопасность всего здания, т. е. чтобы площадь защиты была больше площади здания. При таком простом методе можно использовать номограмму (рис. П.4).

Рис. П. З Схемы одиночного стержневого молниеотвода (а) и двух одиночных молниеотводов (б) Порядок работы с номограммой следующий. Известны высота защищаемого объекта h_x и ширина объекта; радиус зоны защиты г_х на уровне этой высоты принимается примерно равным ширине объекта. Надо найти отношение h_x / г_х и определить, по какой шкале номограммы определять высоту одиночного молниеотвода h_M: используется шкала I, если отношение h_x / г_х < 2,67; используется шкала II, если отношение h_x / г_х> 2,67.

Пример Пусть h_x = 40, г_х = 8. Тогда h_x/ г_х= 5 (> 2,67). Тогда используется шкала II (см. рис. П.4); получаем, что минимально необходимая высота стержня h_M = = 54 м.

Рис. П. 4. Номограмма для определения высоты одиночного стержневого заземлителя Используемая литература П.Г.1. Шумилин, В. К. Чрезвычайные ситуации: защита населения и предприятий: Практические рекомендации / В. К. Шумилин. — М.: Альфа-Пресс, 2011.

П.Г.2. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (СО 153−34.21.122—2003). — М.: Минэнерго, 2004.