СО 153-34.21.122-2003

ИНСТРУКЦИЯ по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций

Министерство энергетики Российской Федерации

Утверждена

приказом Минэнерго России

30.06.2003 г. № 280

ИНСТРУКЦИЯ по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций

Москва  Издательство МЭИ 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» разработана взамен «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД 34.21.122-87 ), которая действовала с 1987 г., но в современных условиях она нуждалась в существенной доработке.

В представленном виде Инструкция содержит основные положения по молниезащите от прямых ударов молнии и защите от вторичных проявлений молнии.

При разработке настоящей Инструкции использованы стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК), общероссийские стандарты (ГОСТ ) и ведомственные документы (ПУЭ , РД ). Это позво­лило согласовать отечественные нормы с международными.

В Инструкцию впервые включен ряд новых положений, в.том числе по защите от вторичных воздействий молнии, по защите электрических и оптических кабелей связи от ударов молнии, по зонам молниезащиты объектов с надежностью 0,999, по нормированным параметрам токов молнии, по зонам защиты согласно требования МЭК.

Настоящая инструкция «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» утверждена приказом Минэнерго России № 280 от 30.06.2003 г.

В качестве справочного Дополнения в настоящее издание включен раздел, рекомендующий порядок ведения эксплуатационно-технической документации, приемки в эксплуатацию и вопросы эксплуатации устройств молниезащиты.

В дальнейшем предполагается также выпуск специальных справоч­ных Дополнений, которые будут содержать подробные рекомендации по отдельным разделам Инструкции, справочные материалы, типовые при­меры использования методик.

Инструкция и справочное Дополнение к ней разработаны специали­стами: Э.М. Базеляном, Н.С. Берлиной (ЭНИН им. Г.М. Кржижановского), Р.К. Борисовым (НПФ ЭЛНАП, Москва), Е.С. Колечицким, Б.К.Максимовым (МЭИ (ТУ)), Э.Л. Портновым, С.А. Соколовым (МТУСИ), А.В. Хлаповым (АНО ОУ УМИТЦ, Санкт-Петербург).

Все вопросы, замечания и пожелания, касающиеся настоящей Инст­рукции, следует направлять по адресу: 109074, Москва, К-74, Китайгород­ский пр. 7. Госэнергонадзор России, тел/факс 710-56-74, тел. 710-57-06.

Переиздание настоящей Инструкции должно осуществляться по согласованию с Госэнергонадзором.

Госэнергонадзор

1. ВВЕДЕНИЕ

Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (далее - Инструкция) распространя­ется на все виды зданий, сооружений и промышленные коммуникации независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности.

Инструкция предназначена для использования при разработке проек­тов, строительстве, эксплуатации, а также при реконструкции зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.

В случае, когда требования отраслевых нормативных документов являются более жесткими, чем в настоящей Инструкции, при разработ­ке молниезащиты рекомендуется выполнять отраслевые требования. Так же рекомендуется поступать, когда предписания Инструкции нельзя совместить с технологическими особенностями защищаемого объекта. При этом средства и методы молниезащиты выбираются исходя из условия обеспечения требуемой надежности.

При разработке проектов зданий, сооружений и промышленных коммуникаций помимо требований Инструкции учитываются дополни­тельные требования к выполнению молниезащиты согласно других действующих норм, правил, инструкций, государственных стандартов.

При нормировании молниезащиты за исходное принято положение, что любое ее устройство не может предотвратить развитие молнии.

Применение норматива при выборе молниезащиты существенно снижает риск ущерба от удара молнии.

Тип и размещение устройств молниезащиты выбираются на стадии проектирования нового объекта, чтобы иметь возможность максималь­но использовать проводящие элементы последнего. Это облегчит разра­ботку и исполнение устройств молниезащиты, совмещенных с самим зданием, позволит улучшить его эстетический вид, повысить эффектив­ность молниезащиты, минимизировать ее стоимость и трудозатраты.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Термины и определения

Удар молнии в землю - электрический разряд атмосферного проис­хождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.

Точка поражения - точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.

Защищаемый объект -здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требова­ниям настоящего норматива.

Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить зда­ние или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внеш­ние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.

Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) - комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

Устройства защиты от вторичных воздействий молнии - устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.

Устройства для уравнивания потенциалов -элементы устройств защиты, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную расте­канием тока молнии.

Молниеприемнж - часть молниеотвода, предназначенная для пере­хвата молний.

Токоотвод (спуск) - часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и зазем­ляющих проводников.

Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Заземляющий контур - заземляющий проводник в виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.

Сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возни­кающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.

Соединенная между собой металлическая арматура - арматура железобетонных конструкций здания (сооружения), которая обеспечи­вает электрическую непрерывность цепи.

Опасное искрение - недопустимый электрический разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии.

Безопасное расстояние - минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может произойти опасного искрения.

Устройство защиты от перенапряжений - устройство, предназна­ченное для ограничения перенапряжений на защищаемом объекте (например, разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжений или иное защитное устройство).

Отдельно стоящий молниеотвод - молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.

Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте - молниеот­вод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.

Зона защиты молниеотвода - пространство в окрестности молние­отвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.

Допустимая вероятность прорыва молнии - предельно допустимая вероятность Р удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами.

Надежность защиты определяется как 1 - Р.

Промышленные коммуникации - кабельные линии (силовые, информационные, измерительные, управления, связи и сигнализации), проводящие трубопроводы, непроводящие трубопроводы с внутренней проводящей средой.

2.2. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты

Классификация объектов определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.

Непосредственное опасное воздействие молнии - это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повре­ждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы твердых, жидких и газообразных материалов и веществ и выделение опасных продуктов - радиоактив­ных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.

Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Для элек­тронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.

Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и спе­циальные.

Обычные объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.

Специальные объекты:

объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения:

объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы);

прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые пло­щадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

В табл. 2.1 даны примеры разделения объектов на четыре класса.

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в табл. 2.2.

Для специальных объектов минимально допустимый уровень надеж­ности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависи­мости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от прямого удара молнии. По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.

Таблица 2.2 Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

Таблица 2.1 Примеры классификации объектов

2.3. Параметры токов молнии

Параметры токов молнии необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий.

2.3.1. Классификация воздействий токов молнии

Для каждого уровня молниезащиты определяются предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в настоящей Инструкции, относятся к нисходящим и восходящим молниям.

Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географиче­ского положения местности. В отсутствие местных данных принимают 10 % разрядов с положительными токами и 90 % разрядов с отрицательными токами.

Механические и термические действия молнии обусловлены пико­вым значением тока I, полным зарядом Q_noлн, зарядом в импульсе Q_имп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах.

Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30 %-ного и 90 %-ного уровней от наибольшего значения то­ка. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.

2.3.2. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молнии

Значения расчетных параметров для принятых в табл. 2.2 уровней защищенности (при соотношении 10% к 90% между долями положи­тельных и отрицательных разрядов) приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3 Соответствие параметров тока молнии и уровней защищенности

2.3.3. Плотность ударов молнии в землю

Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число пораже­ний 1 км² земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.

Если же плотность ударов молнии в землю N_g неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1/(км²тод):

N_g=6.7*T_d /100     (2.1)

где T_d - среднегодовая продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности.

2.3.4. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий молнии

Кроме механических и термических воздействий ток молнии создает мощные импульсы электромагнитного излучения, которые могут быть причиной повреждения систем, включающих оборудование связи, управ­ления, автоматики, вычислительные и информационные устройства и т.п. Эти сложные и дорогостоящие системы используются во многих отраслях производства и бизнеса. Их повреждение в результате удара молнии крайне нежелательно по соображениям безопасности, а также экономическим соображениям.

Удар молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных проме­жутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток. Параметры первого импульса тока существенно отличаются от характе­ристик последующих импульсов. Ниже приводятся данные, характери­зующие расчетные параметры импульсов тока первого и последующих импульсов (табл. 2.4 и 2.5), а также длительного тока (табл. 2.6) в паузах между импульсами для обычных объектов при различных уровнях за­щиты.

Средний ток приблизительно равен N_L=T.

Форма импульсов тока определяется следующим выражением

     (2.2)

где I - максимум тока; к - коэффициент, корректирующий значение максимума тока; t - время; τ ₁ - постоянная времени для фронта; τ₂ - постоянная времени для спада.

Значения параметров, входящих в формулу (2.2), описывающую изменение тока молнии во времени, приведены в табл. 2.7.

Длительный импульс может быть принят прямоугольным со средним током I и длительностью Т, соответствующими данным табл. 2.6.

Таблица 2.4 Параметры первого импульса тока молнии

*Поскольку значительная часть общего заряда Q_сум приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенному значению.

**Поскольку значительная часть общей удельной энергии W/R приходится на первый им­пульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенному значению.

Таблица 2.5 Параметры последующего импульса тока молнии

Таблица 2.6 Параметры длительного тока молнии в промежутке между импульсами

* Q_дл - заряд, обусловленный длительным протеканием тока в период между двумя импульсами тока молнии.

Таблица 2.7 Значения параметров для расчета формы импульса токи молнии

3. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ

3.1.  Комплекс средств молниезащиты

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии [внешняя молниезащитная система (МЗС)] и устройства защиты от вторичных воздейст­вий молнии (внутренняя МЗС). В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молние­защиты.

Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.

Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограниче­ния электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта.

Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле.

3.2.  Внешняя молниезащитная система

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токо­отводов и заземлителей. Их материал и сечения элементов выбирают по табл. 3.1.

Таблица 3.1 Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Примечание. Указанные значения могут быть увеличены в зависимости от повы­шенной коррозии или механических воздействий.

3.2.1. Молниеприемники

3.2.1.1.  Общие соображения

Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо их функции выполняют конструктивные элемен­ты защищаемого объекта в последнем случае они называются естест­венными молниеприемниками.

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации сле­дующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2.  Естественные молниеприемники

Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а)  металлические кровли защищаемых объектов при условии, что: электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;

толщина металла кровли составляет не менее значения t, приведен­ного в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;

толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необя­зательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

неметаллические покрытия на/или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;

б)  металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);

в)  металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ог­раждений по краю крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г)  технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным  или  недопустимым последствиям;

д)  металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения t, приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Таблица 3.2 Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниепрнемннка

3.2.2. Токоотводы

3.2.2.1. Общие соображения

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы располагаются таким образом, чтобы между точкой пораже­ния и землей:

а)  ток растекался по нескольким параллельным путям;

б)  длина этих путей была ограничена до минимума.

3.2.2.2.  Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на от­дельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждой опоре преду­сматривается не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждом конце провода (троса) выполняется не менее одного токоотвода.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждой ее опоре выполняется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов принимается не менее двух.

3.2.2.3. Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта та­ким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 3.3.

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверх­ности земли и через каждые 20 м по высоте здания.

Таблица 3.3 Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

3.2.2.4.  Указания по размещению токоотводов

Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по пери­метру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладыва­ются следующим образом:

если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;

если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы по­вышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;

если стена выполнена из горючего материала и повышение темпера­туры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы распо­лагаются таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.

Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Реко­мендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстоя­ниях от дверей и окон.

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомен­дуется прокладка токоотводов в виде петель.

3.2.2.5.  Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться есте­ственными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально пре­дусмотренных токоотводов;

Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие.

б)  металлический каркас здания или сооружения;

в)  соединенная между собой стальная арматура здания или соору­жения;

г)   части фасада, профилированные элементы и опорные металличе­ские конструкции фасада при условии, что:

их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм;

металлическая арматура железобетонных строений считается обес­печивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

• примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

• электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если метал­лические каркасы здания или стальная арматура железобетона исполь­зуются как токоотводы.

3.2.3. Заземлители

3.2.3.1.  Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты совмещается с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители разде­ляются по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потен­циалов.

3.2.3.2.  Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения.

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно проклады­вать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стре­миться свести к минимуму их взаимное экранирование.

Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются по условию обеспечения минимальной коррозии, а также возможно мень­шей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыха­ния и промерзания грунта.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соеди­ненная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.2.4. Крепление и соединения элементов внешней МЗС

3.2.4.1.  Крепление

Молниеприемники и токоотводы жестко закрепляются, так чтобы исключить любой разрыв или ослабление крепления проводников под действием электродинамических сил или случайных механических воздействий (например, от порыва ветра или падения снежного пласта).

3.2.4.2. Соединения

Количество соединений проводника сводится к минимальному. Соединения выполняются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление.

3.3. Выбор молниеотводов

3.3.1.  Общие соображения

Выбор типа и высоты молниеотводов производится, исходя из значе­ний требуемой надежности P₃ Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее P_3.

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выби­рается так, чтобы максимально использовались естественные молниеот­воды, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна - в ком­бинации со специально установленными молниеотводами.

В общем случае выбор молниеотводов производится при помощи со­ответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически лю­бого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зона­ми защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта, возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехниче­ской комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции.

3.3.2.  Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом кону­са на уровне земли r₀.

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизон­тального сечения r_x, на высоте h_x определяется по формуле:

     (3.1)

Таблица 3.4 Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Рис. 3.1. Зона зашиты одиночного стержневого молниеотвода

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

L - расстояние между точками подвеса тросов

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h₀ < h и основанием на уровне земли 2r₀  (рис. 3.2).

Таблица 3.5 Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользо­ваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Полуширина r_х зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h_x от поверхности земли определяется выражением (3.1):

   (3.2)

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны зашиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиноч­ных стержневых молниеотводов, представленным в табл. 3.4. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропере­дачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность проры­ва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправдан­ным запасам.

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержне­выми молниеприемниками L не превышает предельного значения L_max - В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандарт­ных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h_о, r₀) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h_о и h_с, первый из которых задает макси­мальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны по середине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L ≤  L_c граница зоны не имеет провеса (h_с = h₀). Для расстояний L _с < L > L _max высота h_с определяется по выражению:

   (3.3)

Входящие в него предельные расстояния L_max и L_c вычисляются по эмпирическим формулам табл. З.б, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользо­ваться специальным программным обеспечением.

Рис. 3.3. Зона зашиты двойного стержневого молниеотвода

Таблица 3.6 Расчет параметров зоны зашиты двойного стержневого молниеотвода

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r_х в горизонтальном сечении на высоте h_x

   (3.4)

длина горизонтального сечения l_x на высоте h_x ≥  h_с:

   (3.5)

причем при h_x < h_с  l_x = L/2;

ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2r_cx  на высоте h_x ≤  h_с

   (3.6)

3.3.2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между тросами L не превышает предельного значения L _max. В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L) представлена на рис. 3.4. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h₀, r₀) производится по формулам табл. 3.5 для одиночных тросовых молниеотводов.

Размеры внутренних областей определяются параметрами h₀ и h_с, первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй - минимальную высоту зоны по середине между тросами. При расстоянии между тросами L ≤  L_c граница зоны не имеет провеса (h_с = h₀). Для расстояний L_c ≤  L ≥ L_max высота h_c определяется по выражению

   (3.7)

Входящие в него предельные расстояния L_max и L_c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.7, пригодным для тросов с высотой подвеса до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользо­ваться специальным программным обеспечением.

Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте h_x определя­ется по формулам:

     (3.8)

Рис. 3.4. Зона зашиты двойного тросового молниеотвода

Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше L_mаx, вычисленного по формулам табл. 3,6. В противном случае опоры рассматриваются как одиночные стержневые молниеотводы.

Когда тросы непараллельны или разновысоки, либо их высота изме­няется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Так же рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, что­бы избежать излишних запасов по надежности защиты.

Таблица 3.7 Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода

3.3.2.5. Зоны защиты замкнутого тросового молниеотвода

Расчетные формулы п. 3.3.2.5 могут использоваться для определения высоты подвеса замкнутого тросового молниеотвода, предназначенного для защиты с требуемой надежностью объектов высотой h₀ < 30 м, раз­мещенных на прямоугольной площадке площадью S_o во внутреннем объеме зоны при минимальном горизонтальном смещении между мол­ниеотводом и объектом, равном D (рис. 3.5). Под высотой подвеса троса подразумевается минимальное расстояние от троса до поверхности зем­ли с учетом возможных провесов в летний сезон.

Для расчета h используется выражение:

h = А + Bh₀,   (3.9)

в котором константы А и В определяются в зависимости от уровня надежности защиты по следующим формулам:

а)  надежность защиты Р₃ = 0,99

A = -0,14+ 0,252(D-5)+ [0,127+ 6,4*10^-4(D-5)]√S₀;                  (3.10)

В = 1,05-9,08*10^-3(D-5) + [-3,44*10^-3+ 5,87*10^-5(D- 5)]√S₀;     (3.11)

б)  надежность защиты Р₃ - 0,999

А = -0,08 + 0,324(D-5) + [0,161 + 2,41*10^-4(D-5)]√S₀;              (3.12)

В =1,1-0,0115(D-5) + [-4,24*10^-3+ 1,25*10^-4(D-5)]√S₀;             (3.13)

Расчетные соотношения справедливы, когда D > 5 м. Работа с мень­шими горизонтальными смещениями троса не целесообразна из-за высокой вероятности обратных перекрытий молнии с троса на защищае­мый объект. Замкнутые тросовые молниеотводы не рекомендуются, ко­гда требуемая надежность защиты меньше 0,99.

Если высота объекта превышает 30 м, высота замкнутого тросового молниеотвода определяется с помощью программного обеспечения. Так же следует поступать для замкнутого контура сложной формы.

После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомен­дуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов.

Рис. 3.5. Зона зашиты замкнутого тросового молниеотвода

3.3.3. Определение зон защиты по рекомендациям МЭК

Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м, изложенных в стандарте МЭК (IEC 61024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных мето­дов в следующих случаях:

метод защитного угла используется для простых по форме сооруже­ний или для маленьких частей больших сооружений;

метод фиктивной сферы - для сооружений сложной формы;

применение защитной сетки целесообразно в общем случае и осо­бенно для защиты поверхностей.

В табл. 3.8 для уровней защиты I-IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.

Стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения, находились в зоне защиты, образованной под углом α к вертикали. Защитный угол выбирается по табл. 3.8, при­чем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена.

Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в табл. 3.8 для соответствующего уровня защиты.

Метод фиктивной сферы используется, чтобы определить зону защиты для части или областей сооружения, когда согласно табл. 3.4 исключено определение зоны защиты по защитному углу. Объект считается защищенным, если фиктивная сфера, касаясь поверхности молниеотвода и плоскости, на которой тот установлен, не имеет общих точек с защищаемым объектом.

Сетка защищает поверхность, если выполнены следующие условия:

проводники сетки проходят по краю крыши, крыша выходит за габа­ритные размеры здания;

проводник сетки проходит по коньку крыши, если наклон крыши превышает 1/10;

боковые поверхности сооружения на уровнях выше, чем радиус фиктивной сферы (см. табл. 3.8), защищены молниеотводами или сеткой;

размеры ячейки сетки не больше приведенных в табл. 3.8;

сетка выполняется таким способом, чтобы ток молнии имел всегда не менее двух различных путей к заземлителю; никакие металлические части не должны выступать за внешние контуры сетки.

Проводники сетки прокладываются, насколько это возможно, крат­чайшими путями.

Таблица 3.8 Параметры для расчета молииеприемников по рекомендациям МЭК

*В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.

3.3.4. Защита электрических металлических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи

3.3.4.1. Защита вновь проектируемых кабельных линий

На вновь проектируемых и реконструируемых кабельных линиях ма­гистральной и внутризоновых сетей связи* защитные мероприятия сле­дует предусматривать в обязательном порядке на тех участках, где веро­ятная плотность повреждений (вероятное число опасных ударов мол­нии) превышает допустимую, указанную в табл. 3.9.

Таблица 3.9 Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для электрических кабелей связи

* Магистральные сети связи - сети для передачи информации на большие расстояния; внутризоновые сети связи - сети для передачи информации между областными и районными центрами

3.3.4.2.   Защита новых линий, прокладываемых  вблизи  уже существующих

Если проектируемая кабельная линия прокладывается вблизи суще­ствующей кабельной линии и известно фактическое число повреждений последней за время эксплуатации сроком не менее 10 лет, то при проек­тировании защиты кабеля от ударов молнии норма на допустимую плотность повреждений учитывает отличие фактической и расчетной повреждаемости существующей кабельной линии.

В этом случае допустимая плотность п₀ повреждений проектируемой кабельной линии находится умножением допустимой плотности из табл. 3.9 на отношение расчетной п_р и фактической п_ф повреждаемостей существующего кабеля от ударов молнии на 100 км трассы в год:   п₀ = п₀ (п_р /п_ф)

3.3.4.3.  Защита существующих кабельных линий

На существующих кабельных линиях защитные мероприятия осуще­ствляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов мол­нии, причем длина защищаемого участка определяется условиями мест­ности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т.п.), но принимается не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях предусматри­вается прокладка грозозащитных тросов в земле. Если повреждается кабельная линия, уже имеющая защиту, то после устранения повреж­дения производится проверка состояния средств грозозащиты и только после этого принимается решение об оборудовании дополнительной защиты в виде прокладки тросов или замены существующего кабеля на более стойкий к разрядам молнии. Работы по защите должны осущест­вляться сразу после устранения грозового повреждения.

3.3.5.   Защита оптических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи

3.3.5.1. Допустимое число опасных ударов молнии в оптические линии магистральной и внутризоновых сетей связи

На проектируемых оптических кабельных линиях передачи магист­ральной и внутризоновых сетей связи защитные мероприятия от повре­ждений ударами молнии предусматриваются в обязательном порядке на тех участках, где вероятное число опасных ударов молнии (вероятная плотность повреждений) в кабели превышает допустимое число, указан­ное в табл. 3.10.

Таблица 3.10 Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для оптических кабелей связи

3.3.5.2. Рекомендуемые категории молниестойкости оптических кабельных линий

При проектировании оптических кабельных линий передачи необхо­димо предусматривать использование кабелей, имеющих категорию по молниестойкости не ниже приведенных в табл. 3.11, в зависимости от назначения кабелей и условий прокладки. В этом случае при прокладке кабелей на открытой местности защитные меры могут потребоваться крайне редко, только в районах с высоким удельным сопротивлением грунта и повышенной грозовой деятельностью.

Таблица 3.11 Рекомендуемые категории по молниестойкости оптических кабельных линий

3.3.5.3. Защита существующих оптических кабельных линий

На существующих оптических кабельных линиях передачи защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли поврежде­ния от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т.п.), но должна быть не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях необходимо предусматривать прокладку защитных проводов.

Работы по оборудованию защитных мер осуществляются сразу после устранения грозового повреждения.

3.3.6.  Защита от ударов молнии электрических и оптических кабелей связи, проложенных в населенном пункте

При прокладке кабелей в населенном пункте, кроме случая пересече­ния и сближения с ВЛ напряжением 110 кВ и выше, защита от ударов молнии не предусматривается.

3.3.7.   Защита кабелей, проложенных вдоль опушки леса, вблизи отдельно стоящих деревьев, опор, мачт

Защита кабелей связи, проложенных вдоль опушки леса, а также вблизи объектов высотой более 6 м (отдельно стоящих деревьев, опор линии связи, линии электропередачи, мачт молниеотводов и т.п.) преду­сматривается, если расстояние между кабелем и объектом (или его под­земной частью) менее расстояний, приведенных в табл. 3.12 для различ­ных значений удельного сопротивлений земли.

Таблица 3.12 Допустимые расстояния между кабелем и заземляющим контуром (опорой)

4. ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ

4.1. Общие положения

Ниже изложены основные принципы зашиты от вторичных воздей­ствий молнии электрических и электронных систем с учетом рекомен­дации МЭК (стандарты МЭК 61312). Эти системы используются во многих отраслях производства, применяющих достаточно сложное и дорогостоящее оборудование. Они более чувствительны к воздействию молнии, чем устройства предыдущих поколений, применяются специаль­ные меры по защите их от опасных воздействий молнии.

4.2. Зоны защиты от воздействия молнии

Пространство, в котором расположены электрические и электронные системы, разделяется на зоны различной степени защиты. Зоны харак­теризуются существенным изменением электромагнитных параметров на границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значе­ния параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в про­странстве зоны.

Зона 0 - зона, где каждый объект подвержен прямому удару мол­нии, и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой области электромагнитное поле имеет максимальное значение.

Зона 0_Е - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение.

Зона 1 - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зоне 0_Е; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.

Прочие зоны - эти зоны устанавливаются, если требуется даль­нейшее уменьшение тока (напряжения) и/или ослабление электромаг­нитного поля; требования к параметрам зон определяются в соответ­ствии с требованиями к защите различных зон объекта.

Рис. 4.1. Зоны зашиты от воздействия молнии

Рис. 4.2. Объединение двух зон

Рис. 4.3. Пространственный экран из стальной арматуры

Общие принципы разделения защищаемого пространства на зоны молниезащиты показаны на рис. 4.1.

На границах зон осуществляются меры по экранированию и соединению всех пересекающих границу металлических элементов и коммуникаций.

Две пространственно разделенные зоны 1 с помощью экранирован­ного соединения могут образовать общую зону (рис. 4.2).

4.3. Экранирование

Экранирование является основным способом уменьшения электро­магнитных помех.

Металлическая конструкция строительного сооружения использу­ется или может быть использована в качестве экрана. Подобная экранная структура образуется, например, стальной арматурой стен, полов здания, а также металлическими деталями крыши, фасадов, стальными каркасами, решетками. Эта экранирующая структура обра­зует электромагнитный экран с отверстиями (за счет окон, дверей, вентиляционных отверстий, шага сетки в арматуре, щелей в металли­ческом фасаде, отверстий для линий электроснабжения и т.п.). Для уменьшения влияния электромагнитных полей все металлические элементы объекта электрически объединяются и соединяются с систе­мой молниезащиты (рис. 4.3).

Если кабели проходят между соседними объектами, заземлители последних соединяются для увеличения числа параллельных проводни­ков и уменьшения, благодаря этому, токов в кабелях. Такому требова­нию хорошо удовлетворяет система заземления в виде сетки. Для уменьшения индуцированных помех можно использовать:

внешнее экранирование;

рациональную прокладку кабельных линий;

экранирование линий питания и связи.

Все эти мероприятия могут быть выполнены одновременно.

Если внутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон.

Кабели, идущие от одного объекта к другому, по всей длине уклады­ваются в металлические трубы, сетчатые короба или железобетонные короба с сетчатой арматурой. Металлические элементы труб, коробов и экраны кабелей соединяются с указанными общими шинами объектов. Можно не использовать металлические коробы или лотки, если экраны кабелей способны выдержать предполагаемый ток молнии.

4.4. Соединения

Соединения металлических элементов необходимы для уменьшения разности потенциалов между ними внутри защищаемого объекта. Соединения, находящихся внутри защищаемого пространства и пересе­кающих границы зон молниезащиты металлических элементов и сис­тем, выполняются на границах зон. Осуществлять соединения следует с помощью специальных проводников, или зажимов и, когда это необхо­димо, с помощью устройств защиты от перенапряжений.

4.4.1. Соединения на границах зон

Все входящие снаружи в объект проводники соединяются с системой молниезащиты.

Если внешние проводники, силовые кабели или кабели связи входят в объект в различных точках и поэтому имеется несколько общих шин, последние присоединяются по кратчайшему пути к замкнутому контуру заземления или арматуре конструкции, или к металлической внешней облицовке (при ее наличии). Если замкнутого контура заземления нет, указанные общие шины присоединяются к отдельным заземляющим электродам и соединяются внешним кольцевым проводником, или разо­рванным кольцом. Если внешние проводники входят в объект над зем­лей, общие шины присоединяются к горизонтальному кольцевому про­воднику внутри или снаружи стен. Этот проводник, в свою очередь, со­единяется с нижними проводниками и арматурой.

Проводники и кабели, входящие в объект на уровне земли, рекомен­дуется соединять с системой молниезащиты на этом же уровне. Общая шина в точке входа кабелей в здание располагается как можно ближе к заземлителю и арматуре конструкции, с которыми она соединена.

Кольцевой проводник соединяется с арматурой или другими экрани­рующими элементами, такими как металлическая облицовка, через каждые 5 м. Минимальное поперечное сечение медных или стальных оцинкованных проводников - 50 мм².

Общие шины для объектов, имеющих информационные системы, где влияние токов молнии предполагается свести к минимуму, следует изго­тавливать из металлических пластин с большим числом присоединений к арматуре или другим экранирующим элементам.

Для контактных соединений и устройств зашиты от перенапряже­ний, расположенных на границах зон 0 и 1, принимаются параметры токов, указанные в табл. 2.3. При наличии нескольких проводников, учитывается распределение токов по проводникам.

Для проводников и кабелей, входящих в объект на уровне земли, оценивается проводимая ими часть тока молнии.

Сечения соединительных проводников определяются согласно табл. 4.1 и 4.2. Таблица 4.1 используется, если через проводящий элемент протекает более 25 % тока молнии, а таблица 4.2 - если менее 25 %.

Таблица 4.1 Сечения проводников, через которые протекает большая часть тока молнии

Таблица 4.2 Сечения проводников, через которые протекает незначительная часть тока молнии

Устройство защиты от перенапряжений выбирается выдерживающим часть тока молнии, ограничивающим перенапряжения и обрывающим сопровождающие токи после главных импульсов.

Максимальное перенапряжение U_max на входе в объект координи­руется с выдерживаемым напряжением системы.

Чтобы значение U_max сводилось к минимуму, линии присоединяются к общей шине проводниками минимальной длины.

Все проводящие элементы, такие как кабельные линии, пересекаю­щие границы зон молниезащиты, соединяются на этих границах. Соеди­нение осуществляется на общей шине, к которой также присоединяются экранирующие и другие металлические элементы (например, корпуса оборудования).

Для контактных зажимов и устройств подавления перенапряжений параметры тока оцениваются в каждом отдельном случае. Максимальное перенапряжение на каждой границе координируется с выдерживаемым напряжением системы. Устройства защиты от перенапряжений на границах различных зон также координируются по энергетическим характеристикам.

4.4.2. Соединения внутри защищаемого объема

Все внутренние проводящие элементы значительных размеров, такие как направляющие лифтов, краны, металлические полы, рамы металлических дверей, трубы, кабельные лотки присоединяются к бли­жайшей общей шине или другому общему соединительному элементу по кратчайшему пути. Желательны и дополнительные соединения про­водящих элементов.

Поперечные сечения соединительных проводников указаны в табл. 4.2. Предполагается, что в соединительных проводниках прохо­дит только незначительная часть тока молнии.

Все открытые проводящие части информационных систем соеди­няются в единую сеть. В особых случаях такая сеть может не иметь соединения с заземлителем.

Есть два способа присоединения к заземлителю металлических час­тей систем, высокочувствительных к электромагнитным помехам - корпусов, оболочек или каркасов.

Первая основная конфигурация соединений выполняется в виде радиальной системы, вторая - в виде сетки.

При использовании радиальной системы все ее металлические части изолируются от заземлителя на всем протяжении кроме единственной точки соединения с ним. Обычно такая система используется для отно­сительно небольших объектов, где все элементы и кабели входят в объ­ект в одной точке.

Радиальная система заземления присоединяется к общей системе заземления только в одной точке (рис. 4.4). В этом случае все линии и кабели между устройствами оборудования прокладываются параллельно образующим звезду проводникам заземления для умень­шения петли индуктивности. Благодаря заземлению в одной точке токи низкой частоты, появляющиеся при ударе молнии, не попадают в информационную систему. Кроме того, источники низкочастотных помех внутри информационной системы не создают токов в системе заземления. Ввод в защитную зону проводов производится исключи­тельно в месте центральной точки системы уравнивания потенциалов. Указанная общая точка является также наилучшим местом присоедине­ния устройств защиты от перенапряжений.

Рис. 4.4. Схема соединения проводов электропитания и связи при радиальной системе уравнивания потенциалов

Рис. 4.6. Комплексное выполнение системы уравнивания потенциалов

При использовании сетки ее металлические части не изолируются от общей системы заземления (рис. 4.5). Сетка соединяется с общей систе­мой во многих точках. Обычно сетка используется для протяженных открытых систем, где оборудование связано большим числом различ­ных линий и кабелей и где они входят в объект в различных точках. В этом случае вся система обладает низким сопротивлением на всех частотах. Кроме того, большое число короткозамкнутых контуров сетки ослабляет магнитное поле вблизи информационной системы. Прибо­ры в защитной зоне соединяются друг с другом по кратчайшим расстояниям несколькими проводниками, а также с металлическими частями защищенной зоны и экраном зоны. При этом максимально используются имеющиеся в устройстве металлические части, такие как арматура в полу, стенах и на крыше, металлические решетки, металлическое оборудование неэлектрического назначения, такие, как трубы, вентиляционные и кабельные короба.

Обе конфигурации, радиальная и сетка, могут быть объединены в комплексную систему как показано на рис. 4.6. Обычно, хотя это и не обязательно, соединение локальной сети заземления с общей системой осуществляется на границе зоны молниезащиты.

4.5. Заземление

Основная задача заземляющего устройства молниезащиты - отвести как можно большую часть тока молнии (50 % и более) в землю. Остальная часть тока растекается по подходящим к зданию коммуникациям (оболочкам кабелей, трубам водоснабжения и т.п.) При этом не возникают опасные напряжения на самом заземлителе. Эта задача выполняется сетчатой системой под зданием и вокруг него. Заземляющие проводники образуют сетчатый контур, объединяющий арматуру бетона внизу фундамента. Это обычный метод создания электромагнитного экрана внизу здания. Кольцевой проводник вокруг здания и/или в бетоне на периферии фундамента соединяется с систе­мой заземления заземляющими проводниками обычно через каждые S м. Внешний заземлитель может быть соединен с указанными кольце­выми проводниками.

Арматура бетона внизу фундамента соединяется с системой заземления. Арматура должна образовывать сетку, соединенную с системой заземления обычно через каждые 5 м.

Можно использовать сетку из оцинкованной стали с шириной ячейки обычно 5 м, приваренную или механически прикрепленную к прутьям арматуры обычно через каждый 1 м. Концы проводников сетки могут служить заземляющими проводниками для соединительных полос. На рис. 4.7 и 4.8 показаны примеры сетчатого заземляющего устройства.

Рис. 4.7. Сетчатое заземляющее устройство здания:

1 - сеть соединений; 2 -заземлитель

Рис. 4.8. Сетчатое заземляющее устройство производственных сооружений:

1 - здания; 2 - башня; 3 - оборудование; 4 - кабельный лоток

Связь заземлителя и системы соединений создает систему зазем­ления. Основная задача системы заземления - уменьшать разность потенциалов между любыми точками здания и оборудования. Эта зада­ча решается созданием большого количества параллельных путей для токов молнии и наведенных токов, образующих сеть с низким сопротив­лением в широком спектре частот. Множественные и параллельные пути имеют различные резонансные частоты. Множество контуров с частотно-зависимыми сопротивлениями создают единую сеть с низ­ким сопротивлением для помех рассматриваемого спектра.

4.6. Устройства защиты от перенапряжений

Устройства защиты от перенапряжений (УЗП) устанавливаются в месте пересечения линией электроснабжения, управления, связи, телекоммуникации границы двух зон экранирования, УЗП координи­руют для достижения приемлемого распределения нагрузки между ними в соответствии с их стойкостью к разрушению, а также для уменьшения вероятности разрушения защищаемого оборудования под воздействием тока молнии (рис. 4.9).

Рекомендуется входящие в здание линии питания и связи соеди­нять одной шиной и располагать их УЗП как можно ближе одно к дру­гому. Это особенно важно в зданиях из неэкранирующего материала (дерева, кирпича и т.п.). УЗП выбираются и устанавливаются так, чтобы ток молнии был в основном отведен в систему заземления на границе зон 0 и 1.

Так как энергия тока молнии в основном рассеивается на указанной границе, последующие УЗП защищают лишь от оставшейся энергии и от воздействия электромагнитного поля в зоне 1. Для наилучшей защи­ты от перенапряжений при установке УЗП используют короткие соеди­нительные проводники, выводы и кабели.

Исходя из требований координации изоляции в силовых уста­новках и устойчивости к повреждениям защищаемого оборудования, уровень УЗП по напряжению выбирают ниже максимального значе­ния, чтобы воздействие на защищаемое оборудование всегда было ниже допустимого напряжения. Если уровень устойчивости к повреждениям неизвестен, используют ориентировочный или полу­ченный в результате испытаний уровень. Количество УЗП в защи­щаемой системе зависит от устойчивости защищаемого оборудования к повреждениям и характеристик самих УЗП.

Рис. 4.9. Пример установки УЗП в здании

4.7. Защита оборудования в существующих зданиях

Все возрастающее использование сложного электронного оборудова­ния в уже существующих зданиях требует более надежной защиты от молнии и других электромагнитных помех. Принимается во внима­ние, что в существующих зданиях необходимые меры по молниезащите выбирают с учетом особенностей здания, таких как конструктивные элементы, существующее силовое и информационное оборудование.

Необходимость в защитных мерах и выбор их определяют на основа­нии исходных данных, которые собирают на стадии предпроектных изы­сканий. Примерный перечень таких данных приведен в табл. 4.3-4.6.

На основании анализа риска и данных, приведенных в табл. 4,3-4.6, принимается решение о необходимости построения или реконструкции системы молниезащиты.

 Таблица 4.3 Исходные данные о здании и окружении

Таблица 4.4 Исходные данные по оборудованию

Таблица 4.5 Характеристики оборудования

Таблица 4.6 Другие данные, касающиеся выбора концепции зашиты

4.7.1. Меры защиты при использовании внешней системы молниезащиты

Основная задача - нахождение оптимального решения по улучше­нию внешней системы молниезащиты и по другим мерам.

Усовершенствование внешней системы молниезащиты достигается:

1)  включением внешней металлической облицовки и крыши здания в систему молниезащиты;

2)  использованием   дополнительных   проводников,  если   арматура соединена по всей высоте здания - от крыши через стены до заземле­ния здания;

3)  уменьшением   промежутков   между   металлическими   спусками и уменьшением шага ячейки молниеприемника;

4)  установкой соединительных полос (гибких плоских проводников) в местах стыков между соседними, но структурно разделенными блока­ми; расстояние между полосами должно быть вдвое меньше расстояния между спусками;

5)  соединением   протяженного   провода   с   отдельными   блоками здания; обычно соединения необходимы на каждом углу кабельного лотка, и соединительные полосы выполняются как можно короче;

6)  защитой отдельными молниеприемникам и, соединенными с обшей системой молниезащиты, если металлические части крыши нуж­даются в защите от прямого удара   молнии;  молниеприемник располагается на безопасном расстоянии от указанного элемента.

4.7.2.  Меры защиты при использовании кабелей

Эффективными мерами по снижению перенапряжений являются рациональная прокладка и экранирование кабелей. Эти меры тем важ­нее, чем меньше экранирование от внешней системы молниезащиты.

Больших петель можно избежать, прокладывая совместно силовые кабели и экранированные кабели связи. Экран соединяется с оборудова­нием на обоих концах.

Любое дополнительное экранирование, например, прокладка прово­дов и кабелей в металлических трубах или лотках между этажами, снижает полное сопротивление общей системы соединений. Эти меры наиболее важны для высоких или протяженных зданий, или когда оборудование должно работать особенно надежно.

Предпочтительными местами установки УЗП являются границы зон 0/1 и зон 0/1/2 соответственно, расположенные на входе в здание.

Как правило, общая сеть соединений не используется в рабочем режиме как обратный проводник силовой или информационной цепи.

4.7.3.  Меры защиты при использовании антенн и другого оборудования

Примерами такого оборудования являются различные внешние уст­ройства, такие как антенны, метеорологические датчики, камеры наружного наблюдения, наружные датчики на промышленных объектах (датчики давления, температуры, скорости потока, положения клапана и т.д.) и любое другое электрическое, электронное и радиооборудование, установленное снаружи на здании, мачте, или промышленном резервуаре.

По возможности, молниеотвод устанавливается таким образом, чтобы оборудование было защищено от прямого попадания молнии. Отдельные антенны оставляют абсолютно открытыми по технологиче­ским соображениям. Некоторые из них имеют встроенную систему молниезащиты и могут без повреждений выдержать попадание молнии. Другие, менее защищенные типы антенн, могут требовать установки УЗП на питающем кабеле, чтобы предотвратить попадание тока молнии по кабелю антенны в приемник или передатчик. При наличии внешней системы молниезащиты крепления антенны присоединяются к ней.

Наведение напряжения в кабелях между зданиями можно предотвра­тить, прокладывая их в соединенных металлических лотках, или трубах. Все кабели, идущие к связанному с антенной оборудованию, прокладываются с выводом из трубы в одной точке. Следует обратить максимальное внимание на экранирующие свойства самого объекта и прокладывать кабели в его трубчатых элементах. Если это невозможно, как в случае с технологическими емкостями, кабели прокладывают снаружи, но как можно ближе к объекту, максимально используя при этом такие естественные экраны как металлические лестницы, трубы и др. В мачтах с L-образными угловыми элементами кабели распола­гаются внутри угла для максимальной естественной защиты. В крайнем случае, рядом с кабелем антенны размещается эквипотенциальный соединительный медный проводник с минимальным поперечным сече­нием 6 мм². Все эти меры снижают наведенное напряжение в петле, образованной кабелями и зданием, и соответственно уменьшают вероят­ность пробоя между ними, т.е. вероятность возникновения внутри оборудования между электросетью и зданием.

4.7.4. Меры защиты силовых кабелей и кабелей связи между зданиями

Связи между зданиями подразделяются на следующие типы: силовые кабели с металлической оболочкой, металлические (витая пара, волно­воды, коаксиальные и многожильные кабели) и оптоволоконные кабели. Защитные меры зависят от типов кабелей, их количества, а также от того, соединены ли системы молниезащиты двух зданий.

Полностью изолированный оптоволоконный кабель (без металличе­ского армирования, фольги для защиты от влаги или стального внутрен­него проводника) может быть применен без дополнительных мер зашиты. Использование такого кабеля является наилучшим вариантом, так как обеспечивает полную защиту от электромагнитных воздействий. Однако если кабель содержит протяженный металлический элемент (за исключением жил дистанционного питания), последний на входе в здание присоединяется к общей системе уравнивания потенциалов соединений и не должен напрямую входить в оптический приемник или передатчик. Если здания расположены близко друг к другу и их систе­мы молниезащиты не соединены, предпочтительнее использовать опто­волоконный кабель без металлических элементов во избежание боль­ших токов в этих элементах и их перегрева. Если же имеется соединен­ный с системой молниезащиты кабель, то можно использовать оптиче­ский кабель с металлическими элементами, чтобы отвести часть тока от первого кабеля.

Металлические кабели между зданиями с изолированными система­ми молниезащиты. При данном соединении систем защиты поврежде­ния весьма вероятны на обоих концах кабеля вследствие прохождения по нему тока молнии. Поэтому на обоих концах кабеля необходимо ус­тановить УЗП, а также, где возможно, следует соединять системы мол­ниезащиты двух зданий и прокладывать кабель в соединенных металли­ческих лотках.

Металлические кабели между зданиями с соединенными системами молниезащиты. В зависимости от числа кабелей между зданиями, защитные меры могут включать соединение кабельных лотков (при нескольких кабелях), экранирование или применение гибких металло-шлангов для многожильных кабелей управления (при большом количестве кабелей). Подсоединение обоих концов кабеля к связанным системам молниезащиты часто обеспечивает достаточное экранирова­ние, особенно если кабелей много, и ток распределится между ними.

Эксплуатационно-техническая документация, порядок приемки в эксплуатацию и эксплуатация устройств молниезащиты

1. Разработка эксплуатационно-технической документации

Во всех организациях и предприятиях независимо от форм собствен­ности должен быть разработан комплект эксплуатационно-технической документации молниезащиты объектов, для которых необходимо устройство молниезащиты.

Комплект эксплуатационно-технической документации молниезащиты должен содержать:

пояснительную записку;

схемы зон защиты молниеотводов;

рабочие чертежи конструкций молниеотводов (строительная часть), конструктивных элементов защиты от вторичных проявлений молнии, от заносов высоких потенциалов через наземные и подзем­ные металлические коммуникации, от скользящих искровых каналов и разрядов в грунте;

приемную документацию (акты приема в эксплуатацию устройств молниезащиты вместе с приложениями: актами на скрытые работы, актами испытаний устройств молниезащиты и защиты от вторичных проявлений молнии и заноса высоких потенциалов).

В Пояснительной записке должны быть приведены:

исходные данные разработки эксплуатационно-технической доку­ментации;

принятые способы молниезащиты объектов;

расчеты зон защиты, заемлителей, токоотводов и элементов защиты от вторичных проявлений молнии.

В Пояснительной записке указываются предприятие - разработчик комплекта эксплуатационно-технической документации, основание для его разработки, перечень действующих нормативных документов и тех­нической документации, которыми руководствовались при работе над проектом, специальные требования к проектируемому устройству.

Исходные данные для проектирования молниезащиты объектов составляются заказчиком с привлечением при необходимости проект­ной организации. Они должны включать:

генеральный план объектов с указанием расположения всех объек­тов, подлежащих  молниезащите, автомобильных и железных дорог, наземных и подземных коммуникаций (теплотрасс, технологических и сантехнических трубопроводов, электрических кабелей и проводок любого назначения и т. п.);

категории молниезащиты каждого объекта;

данные о климатических условиях в районе размещения защитных устройств и сооружений (интенсивности грозовой деятельности, скоро­стном напоре ветра, толщине стенки гололеда и т. п.), характеристику грунта с указанием структуры, агрессивности и рода почвы, уровня фунтовых вод;

удельное электрическое сопротивление грунта (Ом * м) в местах расположения объектов.

В разделе «Принятые способы молниезащиты объектов» излагаются выбранные способы защиты зданий и сооружений от непосредственно­го контакта с каналом молнии, вторичных проявлений молнии и заносов высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации.

Объекты, построенные (проектируемые) по одному и тому же типо­вому или повторно применяемому проекту, имеющие единые строи­тельные характеристики и геометрические размеры и одинаковое уст­ройство молниезащиты, могут иметь одну общую схему и расчет зон защиты молниеотводов. Перечень этих защищаемых объектов приво­дится на схеме зоны защиты одного из сооружений.

При проверке надежности защиты с использованием программного обеспечения, приводятся данные компьютерных расчетов в виде сводки проектных вариантов и формируется заключение об их эффективности.

При разработке технической документации необходимо максималь­но использовать типовые конструкции молниеотводов и заземлителей и типовые рабочие чертежи по молниезащите, разработанные соответ­ствующими проектными организациями.

При отсутствии возможности применения типовых конструкций уст­ройств молниезащиты могут разрабатываться рабочие чертежи отдель­ных элементов: фундаментов, опор, молниеприемников, токоотводов, заземлителей.

Для уменьшения объема технической документации и удешевления строительства рекомендуется совмещать проекты молниезащиты с рабо­чими чертежами на обще строительные работы и работы по монтажу сантехнического и электротехнического оборудования с целью исполь­зования для молниезащиты сантехнических коммуникаций и заземлите­лей электротехнических устройств.

2. Порядок приемки устройств молниезащиты в эксплуатацию

Молниезащитные устройства объектов, законченных строительством (реконструкцией), принимаются в эксплуатацию рабочей комиссией и передаются в эксплуатацию заказчику до начала монтажа технологиче­ского оборудования, завоза и загрузки в здания и сооружения оборудо­вания и ценного имущества.

Приемка молниезащитных устройств на действующих объектах осу­ществляется актом рабочей комиссии.

Состав рабочей комиссии определяется заказчиком, в состав рабочей комиссии обычно включаются представители:

лица, ответственного за электрохозяйство;

подрядной организации;

службы пожарной инспекции.

Рабочей комиссии предъявляются следующие документы:

утвержденные проекты устройства молниезащиты;

акты на скрытые работы (по устройству и монтажу заземлителей и токоотводов недоступных для осмотра);

акты испытаний устройств молниезащиты и защиты от вторичных проявлений молнии и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации (данные о сопротивлении всех заземлителей, результаты осмотра и проверки работ по монтажу молниеприемников, токоотводов, заземлителей, элементов их крепле­ния, надежности электрических соединений между токоведущими элементами и др.).

Рабочая комиссия производит полную проверку и осмотр выполнен­ных строительно-монтажных работ по монтажу молниезащитных уст­ройств.

Приемка молниезащитных устройств вновь строящихся объектов оформляются актами приемки оборудования для устройств молниеза­щиты.

После приемки в эксплуатацию устройств молниезащиты составля­ются паспорта молниезащитных устройств и паспорта заземлителей устройств молниезащиты, которые хранятся у ответственного за элек­трохозяйство.

Акты, утвержденные руководителем организации, вместе с представ­ленными актами на скрытые работы и протоколы измерений включают­ся в паспорт молниезащитных устройств.

3. Эксплуатация устройств молниезащиты

Устройства молниезашиты зданий, сооружений и наружных устано­вок объектов эксплуатируются в соответствии с Правилами техниче­ской эксплуатации электроустановок потребителей и указаниями дан­ной Инструкции. Задачей эксплуатации устройств молниезащиты объектов является поддержание их в состоянии необходимой исправ­ности и надежности.

Штатное и внеочередное обслуживание устройств молниезащиты осуществляется по программе обслуживания, составляемой экспертом по устройствам молниезащиты, представителем проектной организации и утверждаемой техническим руководителем организации.

Для обеспечения постоянной надежности работы устройств молние­защиты ежегодно перед началом грозового сезона производятся провер­ка и осмотр всех устройств молниезащиты.

Проверки проводятся также после установки системы молниезащи­ты, после внесения каких-либо изменений в систему молниезащиты, после любых повреждений защищаемого объекта. Каждая проверка проводится в соответствии с рабочей программой.

Для проведения проверки состояния МЗУ руководителем организа­ции указывается причина проверки и организуются:

комиссия по проведению проверки МЗУ с указанием функциональ­ных обязанностей членов комиссии по обследованию молниезащиты;

рабочая группа по проведению необходимых измерений;

указываются сроки проведения проверки.

Во время осмотра и поверки устройств молниезащиты рекоменду­ется:

проверить визуальным осмотром (с помощью бинокля) целостность молниеприемников и токоотводов, надежность их соединения и крепле­ния к мачтам;

выявить элементы устройств молниезащиты, требующие замены или ремонта вследствие нарушения их механической прочности;

определить степень разрушения коррозией отдельных элементов устройств молниезащиты, принять меры по антикоррозионной защите и усилению элементов, поврежденных коррозией;

проверить надежность электрических соединений между токоведу-щими частями всех элементов устройств молниезащиты;

проверить соответствие устройств молниезащиты назначению объектов и в случае наличия строительных или технологических изме­нений за предшествующий период наметить мероприятия по модерни­зации и реконструкции молниезащиты в соответствии с требованиями настоящей Инструкции;

уточнить исполнительную схему устройств молниезащиты и опреде­лить пути растекания тока молнии по ее элементам при разряде молнии методом имитации разряда молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса, подключенного меж­ду молниеприемииком и удаленным токовым электродом;

измерить значение сопротивления растеканию импульсного тока методом «амперметра-вольтметра» с помощью специализированного измерительного комплекса;

измерить значения импульсных перенапряжений в сетях электро­снабжения при ударе молнии, распределения потенциалов по металло­конструкциям и системе заземления здания методом имитации удара молнии в молниеприемник с помощью специализированного измери­тельного комплекса;

измерить значение электромагнитных полей в окрестности располо­жения устройства молниезащиты методом имитации удара молнии в молниеприемник с помощью специальных антенн;

проверить наличие необходимой документации на устройства мол­ниезащиты.

Периодическому контролю со вскрытием в течение 6 лет (для объ­ектов I категории) подвергаются все искусственные заземлители, токоотводы и места их присоединений, при этом ежегодно производится проверка до 20 % их общего количества. Пораженные коррозией зазем­лители и токоотводы при уменьшении их площади поперечного сече­ния более чем на 25 % должны быть заменены новыми.

Внеочередные осмотры устройств молниезащиты следует произво­дить после стихийных бедствий (ураганного ветра, наводнения, земле­трясения, пожара) и гроз чрезвычайной интенсивности.

Внеочередные замеры сопротивления заземления устройств молние­защиты следует производить после выполнения всех ремонтных работ как на устройствах молниезащиты, так и на самих защищаемых объек­тах и вблизи них.

Результаты проверок оформляются актами, заносятся в паспорта и журнал учета состояния устройств молниезащиты. На основании полу­ченных данных составляется план ремонта и устранения дефектов уст­ройств молниезащиты, обнаруженных во время осмотров и проверок.

Земляные работы у защищаемых зданий и сооружений объектов, устройств молниезащиты, а также вблизи них производятся с разреше­ния эксплуатирующей организации, которая выделяет ответственных лиц, наблюдающих за сохранностью устройств молниезащиты.

Не допускается во время грозы производить все виды работ на уст­ройствах молниезащиты и вблизи них.