Защита от прямых ударов молнии. Комплекс средств молниезащиты

Молниезащитой называют комплекс технических решений, что надежно обеспечивают безопасность людей, предохранение строений различного назначения, высотных объектов; технологического, инженерного оборудования производственных объектов; коммуникаций инфраструктуры населенных пунктов, линий электропередач как от прямых ударов грозовых разрядов, электромагнитной, электростатической индукции, так и от передачи электротока через металлоконструкции, коммуникации. Заземление и молниезащита – это то, чем согласно нормам должны быть оборудованы промышленные здания, инженерные коммуникации, а также другие объекты. Кроме того, пункт 4 статьи 50 Федерального закона РФ №123-ФЗ предписывает в качестве одного из способов исключения источников зажигания устраивать защиту от молний для зданий, оборудования для повышения уровня пожарной безопасности на объектах.

 Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает 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.

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Их материал и сечения выбираются по табл.1.

Таблица 1

Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Уровень защиты	Материал	Сечение, мм
		молниеприемника	токоотвода	заземлителя
I-IV	Сталь	50	50	80
I-IV	Алюминий	70	25	Не применяется
I-IV	Медь	35	16	50

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

 

А). Молниеприемники

     Основной компонент активной защиты — активный молниеприемник. Устройство откликается на возрастание напряженности электромагнитного поля, появляющееся вследствие приближения грозы. В составе системы есть конденсаторы, которые заряжаются от напряжения, наведенного грозовым фронтом на антенны прибора. Как только показатель достигает 12–14 кВт, разрядники пробиваются, в результате чего формируется короткий высоковольтный импульс (свыше 200 кВт). Полярность импульса обратно пропорциональна полярности грозового фронта. Импульс многократно увеличивает защитную зону молниеприемника.

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).

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, приведенной в табл.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, приведенной в табл.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

 

Таблица. 2

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника

Уровень защиты	Материал	Толщина, мм, не менее
I-IV	Железо	4
I-IV	Медь	5
I-IV	Алюминий	7

 

Б) Токоотводы

 Устройство представляет собой проводник из металла, призванный соединять молниеприемник с заземлителем. Задача токоотвода — передача электрического разряда от приемника к заземляющему устройству. Количество отводов зависит от количества молниеприемников.

В) Заземлитель

 Заземление включает закопанные в грунт металлические заземлители. Все заземляющие устройства объединяют металлическими шинами в едином контуре. Наиболее простым заземлителем считается пара прутов, вкопанных в землю на глубину 2 – 3 метра. Расстояние между прутами — от 3 метров и более. Соединение прутов осуществляется на глубине 50 – 80 сантиметров под землей. Токоотвод присоединяют к этой перемычке.

Также хорошей защитой от токов, возникающих при ударе молнии, является клетка Фарадея. Клетка Фарадея – это такое устройство, которое представляет собой замкнутую цепь, в которой под воздействием внешнего электрического поля свободные электроны перераспределяются таким образом, что противоположные стороны клетки заряжаются. То есть стороны клетки приобретают заряды, которые создают своё электрическое поле, и это поле противоположно направлено по отношению к внешнему полю. И получается, что внутреннее поле компенсирует внешнее и внутри клетки поле отсутствует.

Даже салоны автомобилей и самолётов защитят пассажиров от последствий ударов молнии, так как они сконструированы по принципу клетки Фарадея.