Порядок обустройства грозовых отводов (молниезащиты) на объектах промышленного и гражданского назначения регулируется целым рядом нормативных актов и стандартов, начиная с ПУЭ и кончая отдельными ведомственными инструкциями. Все эти документы содержат требования к молниезащите в части, касающейся проектирования (расчёта), монтажа, ввода в эксплуатацию и обслуживания этих систем.
Части конструкции
Для более точного понимания сути требований следует принять во внимание, что типовая конструкция молниезащиты состоит из следующих основных частей:
молниеприёмника, монтируемого в самой верхней точке объекта;- специального ленточного токоотвода, используемого в качестве соединителя приёмника разряда с устройством заземления (ЗУ);
- самого заземлителя, обеспечивающего сток разрядного тока в землю.
Таким образом, каждый из составных элементов молниезащиты выполняет свою, вполне определённую функцию, удовлетворяющую требованиям действующих нормативов, в частности ПУЭ.
Нормативная база
К перечню стандартов и регламентирующих документов, которые определяют ключевые моменты по обустройству молниезащиты, следует отнести:
ПУЭ (редакция №7) «Молниезащита зданий и сооружений»;- инструкция РД 34.21.122-87 (Госэнергонадзор);
- инструкция Минэнерго под номером СО 153-34.21.122-2003;
- СНиП 3.05.06-85;
- ряд ГОСТов и стандартов, касающихся порядка обустройства молниеприёмников и заземлений.
Пунктами 4.2.133-4.2.142 ПУЭ определяются общие принципы организации молниезащиты электроустановок и возникших в результате этого перенапряжений.
Требования этих пунктов распространяются на РУ (распределительные устройства) и ТП (трансформаторные подстанции) открытого и закрытого типа, работающие в цепях энергоснабжения, а также на другое распределительное и станционное электрооборудование.
Инструкция РД 34.21.122-87 распространяет своё действие на порядок организации молниезащиты на проектируемых гражданских и промышленных объектах с учётом их основного функционального назначения.
Помимо этого, она относит каждое из этих строений к определённой категории, присваиваемой в зависимости от опасности попадания в них грозового разряда.
Ещё одна инструкция (под наименованием СО 153-34.21.122-2003) касается всех видов зданий и сооружений, включая и промышленные коммуникационные системы. Она определяет порядок учёта документации по молниезащите при разработке проекта, строительстве, эксплуатации и реконструкции всех указанных объектов.
И, наконец, требования ГОСТ (включая действующие в строительстве нормативы и правила) распространяются на порядок обустройства отдельных элементов систем молниезащиты. Рассмотрим каждый из перечисленных выше документов более подробно.
Как работает система пассивной молниезащиты
Без установленного молниеотвода, полученный разряд молнии сам выберет для себя путь до земли. При этом выбранный путь будет не предсказуем, проводником может стать: телефонный кабель, электрические линии, водопроводные или газовые трубы, или (в случае армированный стен) само здание.
При естественных условиях, разряд молнии будет следовать по одному или нескольким из этих путей к земле, а также может пробить «воздушную подушку» (принцип электрической дуги между проводниками), с выбросом энергии и образуя при этом вспышку, чтобы достичь наиболее заземленного проводника (с более высоким сопротивлением).
В результате, молния представляет несколько опасностей для любого дома или здания:
1. Опасность возникновения пожара Возгорание может начаться в любом месте, где оголенные контакты, находятся вблизи горючих материалов (дерево, бумага, газовые трубы и т.д.) в здании, в том числе структурной древесины или изоляции внутри стен и крыш. Оголенные контакты образуются впоследствии прохождения разряда по электропроводке. Провода перегреваются, а иногда даже испаряются, создавая опасность возникновения пожара в любом месте вдоль пораженных цепей.
2. Опасность при пробивании «воздушной подушки»
При пробивании «воздушной подушки» между проводниками, разряд может проходить между комнатами, возможно, ранив всех, кто оказывается в пути, а также воспламеняя все горючие материалы на своем пути. 3. Повреждение строительных материалов
Взрывная ударная волна, создаваемая разрядом молнии, может разрушить участки стен, перекрытия, окна и двери.
4. Повреждение техники
Вся техника (телевизоры, микроволновые печи, телефоны, стиральные машины, лампы и др.) подключенная к сети будет повреждена и не подлежать ремонту. Электронные устройства и компьютеры являются особенно уязвимыми.
Установленная система молниезащиты принимает разряд молнии на себя и обеспечивает безопасный путь следования полученного разряда.
Молниеприемные мачты, молниеотводы и заземляющие стержни работают вместе, чтобы провести огромные токи на расстоянии от строения, предотвращая разрушения и возгорания.
ПУЭ (седьмая редакция)
Отдельными пунктами ПУЭ оговаривается, что РУ и ТП 20-750 кВ открытого типа оборудуются молниеприёмниками в обязательном порядке. Для некоторых видов сооружений допускается отсутствие специальной молниезащиты, но лишь при условии ограниченной продолжительности гроз в течение года (не более 20 часов).
Те же сооружения закрытого типа требуют защиты от молнии лишь в районах с показателем продолжительности гроз более 20.
Заземление
В том случае, когда здания закрытого типа имеют металлическую кровлю – молниезащита осуществляется с помощью заземляющих устройств, подсоединённых непосредственно к покрытию. Если кровельное перекрытие изготовлено из железобетонных плит, то при наличии хорошего контакта между отдельными элементами строения допускается заземление через входящую в их состав арматуру.
Защита зданий РУ и ТП в закрытом исполнении выполняется либо с помощью молниеотводов стержневого типа, либо путём укладки специальной металлической сетки.
Применение этих защитных конструкций считается обоснованным лишь в тех случаях, когда грозозащита оборудуется на железобетонной крыше зданий, плиты которой не имеют электрической связи с землёй.
Стержневая и сеточная защита
При установке на защищаемом строении типовых стержневых молниеприёмников, от каждого из них в сторону заземлителя прокладывается не менее 2-х токоотводов, расположенных по разным сторонам здания.
Особой конструкции молниеприемная сетка, укладываемая поверх кровли на специальных держателях, изготавливается из стальной проволоки диаметром 6-8 миллиметров.
При скрытом монтаже согласно ПУЭ такой молниеотвод кладётся под кровельное покрытие (на слой утеплительного или гидроизоляционного материала с негорючими свойствами).
Выполненная в виде сетки защитная конструкция должна состоять из ячеек площадью не более 12х12 метров, а её узлы рекомендуется фиксировать посредством сварки.
Токоотводы или спуски, используемые для соединения молниеприёмной сетки с ЗУ, должны устраиваться по периметру здания через каждые 25 метров (не реже).
Входящий в состав молниезащиты заземлитель должен обеспечивать беспрепятственное стекание тока разряда в почву, что достигается за счёт его низкого переходного сопротивления и хорошего контакта с грунтом.
Примеры расчёта смет
Экономическое обоснование применения модульного заземления ZANDZ (на примере КТП 10/0,4 кВ)
Расчёты конструкции и сопротивления заземляющих устройств для КТП 10/0,4 кВт с использованием трёх вариантов оборудования. Во всех случаях принимаются идентичные расчётные условия, при которых итоговое сопротивление заземляющего устройства не превышает 4 Ом и находится в диапазоне от 3,5 до 4 Ом.
Приложения:
- № 1 — Технический расчёт традиционного заземляющего устройства из угловой стали
- № 2 — Локальный сметный расчёт по заземлению из угловой стали (файл в формате .xls)
- № 3 — Технический расчёт модульно-стержневого заземляющего устройства из омедненной стали
- № 4 — Локальный сметный расчёт по заземлению из омеднённых заземлителей (файл в формате .xls)
- № 5 — Технический расчёт модульно-стержневого заземляющего устройства из нержавеющей стали
- № 6 — Локальный сметный расчёт по заземлению из нержавеющей стали (файл в формате .xls)
Инструкция РД 34.21.122-87
В соответствии с положениями данного документа при проектировании зданий и сооружений хозяйственного и бытового назначения должны соблюдаться требования по их оборудованию специальной молниезащитой. Определяемые этой инструкцией нормы не распространяются на линии электропередач, РУ и ТП, а также на контактные сети и коммуникационное оборудование.
Этим документом устанавливается порядок обустройства систем молниезащиты на возводимых объектах с учётом их размещения снаружи и внутри зданий.
Кроме того, им определяется перечень защитных мер, принимаемых в случае реконструкции строения или установки на его открытых пространствах (на кровле, в частности) дополнительного электрооборудования.
Помимо требований этой инструкции при проектировании сооружений того или иного назначения должны учитываться действующие положения и правила, устанавливаемые государственными стандартами и строительными нормативами.
Согласно прописанным в РД 34.21.122-87 правилам, все подлежащие молниезащите объекты в соответствии с особенностями их конструкции и географического положения делятся на 3 категории. С таблицей, в которой сведены воедино различные виды подлежащих защите объектов, их местоположение, а также присваиваемая им в зависимости от этого категория, можно ознакомиться в Приложении.
| № пп. | 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 СССР | А | I |
| 2 | То же классов В-Iа, В-Iб, В-IIа | В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более | При ожидаемом количестве поражений молнией в год здания или сооружения N<1 — А; N≤1 — Б | II |
| 3 | Наружные установки, создающие согласно ПУЭ зону класса В-Iг | На всей территории СССР | 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 здания и сооружений I и II степеней огнестойкости при 0,12 — А | III |
| 5 | Расположенные в сельской местности небольшие строения III — V степеней огнестойкости, 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 при N<0,2 | — | III (п. 2.30) |
| 6 | Наружные установки и открытые склады, создающие согласно ПУЭ зону классов П-III | В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более | При 0,12 — А | III |
| 7 | Здания и сооружения III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов | То же | При 0,12 — А | |
| 8 | Здания и сооружения из легких металлических конструкций со сгораемым утеплителем (IVa степени огнестойкости), в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов | В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч в год и более | При 0,022 — А | III |
| 9 | Небольшие строения III-V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов | В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более для III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости при N<0,1, для IVa степени огнестойкости при N<0,02 | — | III (п. 2.30) |
| 10 | Здания вычислительных центров, в том числе расположенные в городской застройке | В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более | Б | II |
| 11 | 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 | Б | III |
| 12 | 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 | Б | III (п. 2.31) |
| 13 | Жилые и общественные здания, высота которых более чем на 25 м больше средней высоты окружающих зданий в радиусе 400 м, а также отдельно стоящие здания высотой более 30 м, удаленные от других зданий более чем на 400 м | В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч в год и более | Б | III |
| 14 | Отдельно стоящие жилые и общественные здания в сельской местности высотой более 30 м | То же | Б | III |
| 15 | Общественные здания III-V степеней огнестойкости следующего назначения: детские дошкольные учреждения, школы и школы-интернаты, стационары лечебных учреждений, спальные корпуса и столовые учреждений здравоохранения и отдыха, культурно-просветительные и зрелищные учреждения, административные здания, вокзалы, гостиницы, мотели и кемпинги | То же | Б | III |
| 16 | Открытые зрелищные учреждения (зрительные залы открытых кинотеатров, трибуны открытых стадионов и т.п.) | То же | Б | III |
| 17 | Здания и сооружения, являющиеся памятниками истории, архитектуры и культуры (скульптуры, обелиски и т.п.) | То же | Б | III |
Группа стандартов МЭК (IEC) и их связь
Развитие науки и электротехники не стоит на месте. Наиболее полно, детально и качественно современные мероприятия по грозозащите отображены во всемирных нормативах МЭК «Защита от воздействия молнии МЭК 62305:2010».
Стандарт «Защита от воздействия молнии МЭК 62305:2010» определяет базовые правила защиты от порчи молнией любых построек, живущих в них животных и людей, разных инженерных коммуникаций и систем и иных конструкций относящихся к ним, кроме железнодорожной системы, автотранспорта, воздушных и водных транспортных средств, подземных трубопроводов повышенного давления и т.п.
Нормативы МЭК включают стандарт, определяющий общие положения и описывающий потенциально возможные последствия и опасность молний 62305-1. Потребность организации защиты определяется в соответствии с системой расчета риска и с учетом материального эффекта от установки мер защиты от ударов молнии описывает стандарт 62305-2. Третья часть МЭК 62305:2010 посвящена описанию мер безопасности, требуемых для снижения показателей аварий в постройках и сведения к минимуму уровня опасности для жизни и здоровья людей, находящихся внутри. В четвертой части данного стандарта описан комплекс мер для понижения числа отказов электросистем, приборов и устройств внутри зданий.
Взаимосвязь группы правил МЭК 62305:2010 определяется уровнем опасности поражения молнией объекта и риском возникновения возможных повреждений. При повышенном риске прямого попадания молнии и необходимости обустройства внешней защиты от прямых ее ударов в строения пользуются требованиями стандарта 62305-3:2010. При повышенной опасности поражения электрооборудования и порчи электросетей от вторичного воздействия молнии актуален стандарт 62305-4:2010.
Требования СО 153-34.21.122-2003
Помимо вопросов, касающихся обустройства молниезащиты на государственных объектах любой формы собственности, в инструкции под данным обозначением рассматривается порядок подготовки и хранения всех сопровождающих документов.
Документация
Подготавливаемая при этом исполнительная документация должна включать в свой состав полный комплект расчётов, схем, чертежей и пояснительных записок, определяющих порядок монтажа специального оборудования в пределах защищаемой зоны.
При её подготовке должны учитываться как расположение здания на генеральном плане застройки (с учётом прокладываемых коммуникаций), так и климатические условия в данной местности.
Сдача объекта
Кроме того, этим документом устанавливается общий порядок технической приёмки комплексов молниезащиты, а также особенности сдачи их в эксплуатацию. Особо оговаривается, что для приёмки здания или сооружения назначается специальная комиссия, состоящая из представителей исполнителя и заказчика, а также инспектора пожарной службы.
В распоряжение рабочей комиссии должны быть предоставлены все документы по оборудуемой молниезащите, включая протокол испытаний токоотводов и заземлителей. Члены комиссии должны ознакомиться с результатами визуального осмотра всех составляющих молниезащиты, а также с принятыми мерами по защите объекта от выноса опасных потенциалов и перенапряжений.
По результатам изучения представленной разработчиком документации оформляются акты приёмки и допуска оборудования молниезащиты в эксплуатацию.
После этого на каждое отдельное устройство обязательно оформляются специальные рабочие паспорта (на всю систему и заземлитель), которые остаются у лица, ответственного за электрохозяйство объекта.
Проверка
В разделах инструкции, касающихся эксплуатации введённых в действие устройств молниезащиты отдельно оговаривается, что порядок их содержания и обслуживания определяется основными положениями ПУЭ. При этом с целью поддержания систем в рабочем состоянии должны проводиться ежегодные проверки всех её составляющих.
Такие освидетельствования организуются перед началом сезона гроз, а также после внесения в конструкцию молниезащиты каких-либо изменений и усовершенствований.
ГОСТы, СНИПы и другая нормативная документация, используемая для разработки раздела ЭОМ
В пояснительной записке к проекту в разделе «общие данные» необходимо указать исходные материалы (они приводились выше) и нормативные документы, на основании которых выполнялась разработка. Начнем с ГОСТов (в списке приведены номера):
- нормы заземления и сопротивления для установок стационарного типа (464-79);
- перечень общих технических условий для электрических отопительных приборов бытового назначения (16617-87);
- перечень общих технических условий для светильников (17677-82);
- статические приборы, учитывающие расход электрической энергии с классом точности 1 и 2 (30207-94), а также 02S и 05S (30206-94);
- электрооборудование помещений и зданий, перечень требований к спецоборудованию (50571.11-96);
- требования к оборудованию и электропроводке, монтаж (50571.15-97);
- стандарт для условных графических изображений на планах ЭОМ (21.614-88 и 21.210-2014).
Номера СНиПов:
- для общественных зданий (2.08.02-89);
- электротехнических устройств (3.06.05-85);
- нормы для освещения как искусственного, так и естественного (23-05-95);
- правила пожарной безопасности (21-01-97).
Помимо этого при разработке альбома проектной и строительной документации необходимо учитывать нормы, приведенные в Правилах устройства электроустановок – «библии» электрика.
Технические нормативы
К перечню рабочих документов, регламентирующих чисто технические вопросы устройства молниезащиты, относятся различные стандарты, нормативы и поправки, оформленные в виде свода специальных рекомендаций.
За образец таких поправок и специальных замечаний может быть принят целый ряд стандартов, входящих в нормативную базу и перечисленных во втором разделе статьи.
Последнее замечание касается строительных норм и правил, а также ряда ГОСТов и стандартов, имеющих отношение к разработке и эксплуатации современных средств защиты от молний.
В заключении следует отметить, что все рассмотренные документы естественно дополняют друг друга, охватывая полный перечень вопросов, касающихся обустройства и обслуживания систем защиты от разряда природного электричества.
