Основы молниезащиты: принципы работы и требования к защите зданий

Что такое молниезащита и зачем она нужна?

Молниезащита представляет собой комплексную систему мероприятий и технических устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий, сооружений, оборудования и материалов от опасных воздействий атмосферного электричества. Согласно СО 153-34.21.122-2003, устройство молниезащиты определяется как система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии, включающая в себя как внешние, так и внутренние устройства.

Необходимость молниезащиты обусловлена разрушительной силой молнии, которая представляет собой электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока. Прямой удар молнии в незащищенное здание может привести к катастрофическим последствиям: возникновению пожаров, разрушению конструкций, повреждению электрооборудования, а в худшем случае – к гибели людей и животных.

Основное назначение систем молниезащиты многогранно и включает в себя несколько ключевых аспектов. Во-первых, это защита людей и животных от поражения электрическим током при ударе молнии, что является приоритетной задачей любой системы молниезащиты. Во-вторых, это предохранение зданий и сооружений от повреждений, разрушений, пожаров и взрывов, вызванных прямым ударом молнии. В-третьих, это защита оборудования и материалов от повреждений, вызванных как прямыми ударами молнии, так и вторичными воздействиями, такими как электромагнитные поля и индуцированные перенапряжения. И, наконец, это защита электрических и электронных систем внутри зданий от перенапряжений, вызванных молнией.

Согласно РД 34.21.122-87, молниезащита устанавливает необходимый комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, пожаров и разрушений, возможных при воздействиях молнии. Важно понимать, что при нормировании молниезащиты за исходное принято положение, что любое устройство молниезащиты не может полностью предотвратить развитие молнии, однако применение нормативов при выборе молниезащиты существенно снижает риск ущерба от удара молнии.

Современная система молниезащиты включает в себя несколько ключевых компонентов. Это устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы), состоящие из молниеприемников, токоотводов и заземлителей; устройства защиты от вторичных воздействий молнии, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей; а также устройства для выравнивания потенциалов, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную растеканием тока молнии.

‍

Принцип работы молниезащиты: как она защищает здание от удара молнии.

Принцип работы молниезащиты основан на физических законах электричества и направлен на создание предпочтительного пути для тока молнии, минуя защищаемый объект. Система молниезащиты функционирует по нескольким фундаментальным принципам, обеспечивающим эффективную защиту зданий и сооружений.

Первый и основополагающий принцип – перехват и отвод молнии. На высоте здания устанавливаются молниеотводы – металлические проводники или стержни, которые приводят разряд молнии к специальной заземляющей установке. Молниеприемники создают предпочтительный путь для удара молнии, защищая таким образом основную конструкцию здания. Они выполняются в виде стержней, тросов или сетчатых конструкций, размещаемых на наиболее высоких точках защищаемого объекта.

Второй принцип – распределение тока молнии по заземляющей системе. Для обеспечения безопасного распределения тока молнии и его вывода в землю используется заземляющая система, состоящая из заземлителей, заземляющих проводников и устройств, способствующих равномерному распределению тока по поверхности земли. Эта система позволяет предотвратить повреждения внутренних электрических сетей и оборудования за счет эффективного отвода молнии. Заземление создает путь наименьшего сопротивления для тока, позволяя безопасно распределить и разрядить его в земле.

Система молниезащиты состоит из нескольких ключевых элементов, каждый из которых выполняет свою специфическую функцию. Молниеприемники – это часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний. Они могут быть стержневыми (металлические стержни, установленные на высоте здания), тросовыми (гибкие металлические тросы) или сетчатыми (специальные сетчатые конструкции, обеспечивающие более равномерный и широкий захват молнии).

Токоотводы представляют собой металлические проводники, которые направляют ток молнии от молниеприемников к заземляющему устройству. Они обеспечивают эффективное и безопасное распределение тока, минимизируя риски повреждения оборудования и зданий. В качестве токоотвода часто используется проволока толщиной 8 миллиметров, подключаемая к молниеприемнику.

Заземляющее устройство – это система заземления, предназначенная для отвода тока молнии в землю. Заземление создает путь наименьшего сопротивления для тока, позволяя безопасно распределить и разрядить его в земле. Оно включает в себя заземлитель и заземляющие проводники, уменьшает вероятность повреждений и предотвращает опасность для жизни и имущества.

В современной практике молниезащиты выделяют несколько типов молниезащитных систем. Внешняя молниезащита предназначена для защиты зданий и сооружений от прямого удара молнии и включает в себя молниеотводы, заземляющие системы, молниеприемники различных типов для перехвата молнии и ее отвода в землю. Целью внешней молниезащиты является предотвращение повреждений и пожаров в зданиях и сооружениях.

Внутренняя молниезащита направлена на защиту электрических и электронных систем внутри здания от перенапряжений, возникающих вследствие удара молнии поблизости. Эта система включает в себя специальные устройства, такие как разрядники, защитные устройства от импульсных перенапряжений, экранирование кабелей и другие средства защиты.

Комбинированные системы объединяют в себе элементы внешней и внутренней защиты, обеспечивая комплексный подход к защите объектов и людей от ударов молнии как с внешней, так и с внутренней стороны. Такие системы позволяют минимизировать риски для электрического оборудования и обеспечивают более полную защиту от негативных последствий молнии.

Важным аспектом функционирования молниезащиты является принцип зоны защиты молниеотвода. Согласно РД 34.21.122-87, молниеотводы создают определенную зону защиты – пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Различают зону защиты типа А, обладающую высокой степенью надежности (99,5% и выше), и зону защиты типа Б, обладающую несколько меньшей степенью надежности (95% и выше). Тип зоны защиты выбирается в зависимости от назначения здания, среднегодовой продолжительности гроз в месте нахождения здания и ожидаемого количества поражений молнией в год.

Эффективность молниезащиты зависит от правильности ее проектирования и установки. Правильно спроектированная и установленная система молниезащиты, основанная на описанных принципах работы, эффективно защищает от негативных последствий удара молнии и обеспечивает безопасность объектов и людей, находящихся внутри здания.

‍

Какие здания обязательно нуждаются в молниезащите?

Определение необходимости молниезащиты для конкретных зданий и сооружений регламентируется нормативными документами Российской Федерации. Основными документами, определяющими требования к молниезащите зданий, являются РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» и СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций».

Согласно РД 34.21.122-87, необходимость выполнения молниезащиты и её категория определяются в зависимости от нескольких ключевых факторов: назначения зданий и сооружений, среднегодовой продолжительности гроз в месте нахождения здания, а также ожидаемого количества поражений молнией в год. В соответствии с этими критериями, здания и сооружения подразделяются на три категории по степени необходимой молниезащиты.

К первой категории, требующей наивысшей степени защиты, относятся здания и сооружения или их части, помещения которых согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) относятся к зонам классов В-I и В-II. Это помещения, в которых могут образовываться взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом. Такие объекты требуют молниезащиты на всей территории Российской Федерации, независимо от частоты гроз в регионе.

Ко второй категории относятся здания и сооружения классов В-Iа, В-Iб, В-IIа, находящиеся в местностях со средней продолжительностью гроз 10 часов в год и более. Также к этой категории относятся наружные установки, создающие согласно ПУЭ зону класса В-Iг, и здания вычислительных центров в местностях со средней продолжительностью гроз 20 часов в год и более.

К третьей категории относится широкий спектр объектов, включая здания и сооружения или их части, помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа; расположенные в сельской местности небольшие строения III—V степеней огнестойкости; наружные установки и открытые склады, создающие согласно ПУЭ зону классов П-III; здания и сооружения III, IIIа, IIIб, IV, V степеней огнестойкости, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов; здания и сооружения из легких металлических конструкций со сгораемым утеплителем (IVa степени огнестойкости); небольшие строения III—V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности.

В более современном документе СО 153-34.21.122-2003 подход к классификации объектов несколько изменен. Здесь классификация определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения. Все объекты подразделяются на обычные и специальные.

К обычным объектам относятся жилые и административные строения, а также здания и сооружения высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства. Это наиболее распространенная категория зданий, включающая большинство жилых домов, офисных зданий, магазинов, производственных помещений и сельскохозяйственных построек.

К специальным объектам относятся 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); а также прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

Примерами объектов, требующих обязательной молниезащиты, являются жилые дома, фермы, театры, школы, университеты, спортивные сооружения, банки, страховые компании, коммерческие офисы, больницы, детские сады, промышленные предприятия, музеи и археологические памятники, средства связи, электростанции, пожароопасные производства, нефтеперерабатывающие предприятия, заправочные станции, химические заводы, атомные электростанции, биохимические фабрики и лаборатории.

Для обычных объектов СО 153-34.21.122-2003 предусматривает четыре уровня защиты от прямых ударов молнии (ПУМ): уровень I с надежностью защиты 0,98; уровень II с надежностью защиты 0,95; уровень III с надежностью защиты 0,90; и уровень IV с надежностью защиты 0,80. 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 ПУМ по согласованию с органами государственного контроля.

При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии. Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в таблице 2.2 СО 153-34.21.122-2003.

Таким образом, молниезащита является обязательным элементом для широкого спектра зданий и сооружений, от жилых домов до промышленных объектов. Необходимость и уровень защиты определяются в зависимости от назначения объекта, его расположения, конструктивных особенностей и потенциальных рисков, связанных с ударом молнии. Правильно спроектированная и установленная система молниезащиты обеспечивает безопасность людей и сохранность имущества, минимизируя риски, связанные с атмосферным электричеством.

‍

Заключение

Молниезащита представляет собой комплексную систему мероприятий и технических устройств, направленных на обеспечение безопасности людей, зданий, сооружений и оборудования от опасных воздействий атмосферного электричества. Основные принципы работы молниезащиты – перехват молнии специальными устройствами (молниеприемниками) и отвод ее в землю по безопасному пути (через токоотводы и заземляющие устройства).

Необходимость молниезащиты и ее уровень определяются нормативными документами Российской Федерации в зависимости от назначения здания, его расположения, конструктивных особенностей и потенциальных рисков. Обязательной молниезащите подлежит широкий спектр объектов – от жилых домов до промышленных предприятий, особенно тех, которые представляют опасность для окружающей среды или содержат взрывоопасные и пожароопасные помещения.

Правильно спроектированная и установленная система молниезащиты эффективно защищает от негативных последствий удара молнии, обеспечивая безопасность людей и сохранность имущества. При этом важно понимать, что любое устройство молниезащиты не может полностью предотвратить развитие молнии, однако применение нормативов при выборе молниезащиты существенно снижает риск ущерба от удара молнии.

‍

Список использованных источников

СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»  

ГОСТ Р МЭК 62305-1-2015 – Молниезащита. Часть 1. Общие принципы  

ГОСТ Р МЭК 62305-2-2015 – Молниезащита. Часть 2. Оценка риска  

ГОСТ Р МЭК 62305-3-2015 – Молниезащита. Часть 3. Физические повреждения объектов и опасность для жизни  

ГОСТ Р МЭК 62305-4-2015 – Молниезащита. Часть 4. Защита электрических и электронных систем в объектах  

ПУЭ (7-е издание), Глава 1.7 – Заземление и защитные меры электробезопасности

‍