Защита от молнии

Молния представляет собой электрический разряд в атмосфере. Генератором молнии обычно являются грозовые облака. Молнии возникают между облаком и землей, между облаками или различными областями одного и того же облака. Наблюдателю они представляются в виде ярко светящихся зигзагообразных линий с многочисленными разветвлениями. Этот тип молний называется линейной молнией. Значительно реже наблюдается шаровая молния. В большинстве случаев она появляется одновременно с линейной молнией и выглядит, как огненный шар. Удовлетворительного объяснения феномена шаровой молнии и причин ее возникновения пока не найдено. По данным спутниковых наблюдений на земле одновременно существует примерно 3000 грозовых очагов, и каждую секунду поверхность ее поражается 100 ударами молнии. �нтенсивность грозовой деятельности в какой-либо местности характеризуется средним числом грозовых часов в год. В большинстве районов России, исключая южные районы, число грозовых часов не превышает 100 в год. Для Московской области, например, число грозовых часов составляет в среднем 20—40 в год. Для практических задач молниезащиты наземных сооружений важна удельная плотность ударов молнии в землю, т. е. годовое число ударов на 1 кв. км земной поверхности. В России принято считать, что за 100 грозовых часов происходит в среднем 6,7 ударов молнии на 1 кв. км поверхности земли. Возвышающиеся над поверхностью земли объекты собирают удары молнии с площади, превышающей занимаемую ими территорию. За 100 грозовых часов число ударов в сооружение длиной А, шириной В и высотой H (размеры в метрах) составит 6,7 (А+6Н)(В+6Н)*10-6. Вероятное количество ударов молнии в здание 10х10 кв. м высотой 10 м будет не более 3 за 100 лет. Молния является естественным источником больших токов и напряжений, сильных электрических и магнитных полей. Главная стадия развития молнии характеризуется тем, что за короткий промежуток времени в канале молнии выделяется большая энергия. Температура канала молнии достигает несколько десятков тысяч градусов. Ток в канале может составлять сотни тысяч ампер. От канала, как при взрыве, распространяются мощная ударная волна и потоки тепла, а также мощный импульс электромагнитного поля. Последующая стадия развития молнии сопровождается протеканием тока в сотни ампер за время около секунды. В месте контакта канала молнии с объектом происходят процессы воздействия дуги, аналогичные электрической сварке. Поражение молнией объекта может привести к самым серьезным последствиям: пожару, взрыву, гибели людей и животных, механическим повреждениям элементов объекта. Воздействие импульса электромагнитного поля на системы электроснабжения, управления, пожарной и охранной сигнализации, телекоммуникации и компьютерные локальные сети, как правило, приводит к повреждению отдельных устройств или линий связи, оборудования, а также к неправильной работе системы (см.рис.). Защищаться от опасного воздействия молнии необходимо. О том, как выполнить эффективную молниезащиту, ученые и инженеры думают со времен М. Ломоносова и Б. Франклина. Классический подход к организации молниезащиты зданий и сооружений заключается в том, чтобы путем оборудования специальных молниеприемников, токоотводов и заземления устранить прямое воздействие молниии на объект, исключить проникновение тока молнии и занос высокого потенциала в объект. В настоящее время в России молниезащита объектов различного назначения осуществляется в соответствии со следующими нормативными документами: • Правила устройства электроустановок (ПУЭ). • �нструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87. • �нструкция по устройству сетей заземления и молниезащите. ВН��Проектэлектромонтаж. • Заземление и молниезащита одноэтажных и многоэтажных зданий промышленных предприятий с использованием типовых строительных конструкций в качестве заземляющих устройств и токоотводов. Типовые строительные конструкции и изделия. Серия 5.407-134. Кроме специальных руководящих документов по вопросам проектирования и устройства молниезащиты, в различные отраслевые нормативные документы внесены разделы по молниезащите. Фактически базовым документом для всех являлся РД 34.21.122-87. За исключением ПУЭ (седьмое издание), все нормативные документы создавались еще во времена СССР, т. е. более 10 лет тому назад. В международной практике в качестве базовых документов по молниезащите зданий и сооружений используются стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК) 61024, 61312, 61662. Анализом нормативных документов подтверждается тот факт, что международные нормы и правила имеют существенные, принципиальные отличия от отечественных норм и правил. Обследование молниезащитных устройств, выполненных по отечественным нормам и правилам, большого количества объектов (телекоммуникационные сооружения, административные и промышленные здания, коттеджи и др.) показывает, что эти объекты надежной защитой от опасных воздействий молнии, как правило, не обеспечиваются. При организации молниезащиты прежде всего решается задача выбора типа и места размещения молниеприемников. Молниеприемники обеспечивают объект защитой от прямого удара молнии. Зоны защиты по МЭК более жесткие, чем по РД 34.21.122-87. Возможность использования в качестве молниеприемника металлической кровли, металлоконструкций и других элементов здания в стандарте МЭК ограничивается рядом условий, например, что толщина металла кровли должна быть не менее 4 мм. Следует заметить, что применение молниеприемников стержневого типа, установленных на зданиях и сооружениях, увеличивает вероятность удара молнии в данный объект. Поэтому целесообразно для зданий сельского типа применять молниезащитную сетку, как это распространено в Европе. В последнее время на нашем рынке достаточно энергично предлагают устанавливать для защиты объектов активные молниеприемники. �спытания таких молниеприемников показали, что фактически они работают, как стержневые молниеприемники определенной высоты. К достоинствам этих устройств можно отнести малые габариты, возможность обеспечить защиту антенн, не закрывая их зону действия. Существенным недостатком является необходимость подавать электропитание на это устройство. Ток молнии от молниеприемника по токоотводам должен быть отведен в землю через специально оборудованные заземлители. Эффективность молниезащитного устройства на 90% зависит от того, насколько правильно выполнены токоотводы и заземление молниеприемников. К сожалению, на практике в большинстве случаев мы встречаемся именно с неправильным выполнением токоотводов и заземления, даже если их исполнение в полной мере отвечает требованиям отечественных нормативных документов. Покажем это на нескольких примерах. Удар молнии в мачту сотовой связи, заземление которой выполнено в полном соответствии с отечественными нормами, привел к повреждению нескольких компьютеров и аппаратуры связи на АТС, расположенной вблизи мачты. Если бы в соответствии с требованиями МЭК была выполнена система выравнивания потенциалов и установлены устройства защиты от перенапряжений в сети электроснабжения, то подобных проблем не возникло бы. Молниезащита одного из коттеджей выполнена в соответствии с РД 34.21.122-87, но при близком ударе молнии происходит повреждение бытовой аппаратуры из-за отсутствия защиты по сети электроснабжения. Кроме того, токоотводы расположены вблизи газовой трубы, а обогрев крыши фактически связывает молниеприемник с сетью электроснабжения. При прямом ударе молнии в молниеприемник неизбежно возникнут тяжелые последствия, включая пожар и, возможно, гибель людей. Заземлитель установлен в месте возможного нахождения людей. Еще один коттедж. Токоотводы заведены внутрь здания, и в подвальном помещении оборудован заземлитель. При ударе молнии в молниеприемник тяжелые последствия так же неизбежны. Защита 27-этажного административного здания осуществляется с помощью молниезащитной сетки, установленной на крыше. От сетки непосредственно по наружной стене проложен токоотвод и оборудован заземлитель. Внешне все выглядит прекрасно, а по существу молниезащиты нет. При ударе молнии напряжение на токоотводе, в особенности на уровне верхних этажей, будет составлять сотни тысяч вольт. Произойдет перекрытие с токоотвода на металлоконструкции здания, и ток молнии пойдет внутрь здания. Проектирование и выполнение молниезащитных устройств (в соответствии с международными нормами) обеспечивают более надежную защиту от опасных воздействий молнии. Вместе с тем, в стандарте МЭК 6162 рекомендуется перед началом проектирования молниезащиты определять возможный ущерб от молнии при отсутствии защиты. В соответствии с предполагаемым ущербом принимается решение о том, какие средства целесообразно вкладывать в молниезащиту. Необходимо знать, что абсолютно надежная защита от молнии либо невозможна, либо может стоить чрезвычайно дорого. Важно знать, что даже самые совершенные нормативные документы не дают рецептов на все случаи жизни. В тех же стандартах МЭК изложены основные принципы построения молниезащиты и даны конкретные рекомендации по выполнению основных элементов. Только специалисты могут, руководствуясь этими рекомендациями, правильно спроектировать молниезащиту конкретного объекта. В основе международных норм заложены следующие принципиальные положения. Молниеприемники обеспечивают с определенной вероятностью то, что молния попадет в них, а не в защищаемый объект. Система токоотводов и заземления таким образом распределяют токи и потенциалы, чтобы не возникали искровые разряды внутри объекта, а также разность потенциалов во всех точках не превышала допустимых значений для человека и оборудования. Чем более развита система уравнивания потенциалов, тем надежнее защита. Обязательно должна быть предусмотрена защита от воздействия импульсных электромагнитных полей системы электроснабжения, пожарной и охранной сигнализации и телекоммуникаций. Для предотвращения повреждения электронной аппаратуры устанавливаются специальные устройства защиты от импульсных перенапряжений. Все элементы молниезащитного устройства рассчитываются на определенные термические и электродинамические воздействия тока молнии. Важным моментом является экспериментальная проверка эффективности выполненной молниезащиты объекта на этапе приемо-сдаточных испытаний. Для этого можно использовать специальные устройства для имитации удара молнии в молниеприемник. Молния часто ударяет в высокие объекты. Удар молнии в обычное здание маловероятен. � конечно, можно надеяться, что пронесет и молния не попадет в ваш дом. Однако, чтобы быть спокойней во время грозы, лучше заранее предпринять определенные меры по защите от молнии. Помните только, что должны это делать хорошие специалисты.