Устройство заземления молниезащиты
Заземляющие контуры располагаются на расстоянии не менее 1 метра от самого объекта, дорожек и прочих мест частого появления людей. Данное требование позволяет избежать шагового напряжения, возникающего в процессе растекания заряда по грунту.
При наличии у объекта массивного железобетонного фундамента, заземление должно располагаться еще дальше, а внутри здания устанавливаются грозоразрядники, защищающие электронную аппаратуру. Это требование обязательно для выполнения, поскольку часть заряда молнии попадает на фундамент и другие элементы, контактирующие с ним – инженерные сети, корпуса оборудования.
Основным показателем заземления является его сопротивление. Если используются два отдельных контура, они соединяются между собой стальными проводниками при помощи сварки. Показатель сопротивления контура должен быть минимальным, чтобы ток мог легко уходить в землю. Если удельное сопротивление грунта 500 Ом, то нормативное сопротивление заземлителя составит 10 Ом. При более высоких сопротивлениях грунта для вычислений применяется формула: Rз = 10 + 0,0022 (ρ – 500) Ом, где Rз – сопротивление заземлителя, ρ – показатель удельного сопротивления грунта.
Нормативные значения можно получить путем замены грунта. Старый грунт убирается, а в яму или траншею закладывается земля с другими параметрами и характеристиками. После этого в обновленном грунте выполняется монтаж заземления. В другом случае в грунт добавляются химические реагенты, способные изменить его показатели в нужную сторону.
Советуем изучить Автоматический выключатель
После того как заземление установлено, в дальнейшем проводятся регулярные замеры его сопротивления. Если его показатели выходят за пределы нормативного диапазона, следует выполнить установку дополнительного штыря или заменить несоответствующий элемент
Особое внимание обращается на соединения между всеми компонентами заземляющего устройства
Правила устройства громоотвода
Для правильного выбора схемы устройства дачного громоотвода предварительно необходимо изучить конструкцию здания и в соответствии с «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (Инструкция РД 34.21.122-87) определить необходимый уровень защиты. Невысокие и небольшие по площади частные дома обычно относятся к III категории молниезащиты.
Эффективной грозозащитой является та, что надежно оберегает здание и все что находится внутри него от прямого попадания в него молнии и от вторичных ее разрядов в электрических сетях. Дачный громоотвод обычно представляет собой молниеприемник, который соединен с заземлением с помощью системы токоотводов.
Молниеприемник
Устройство, которое непосредственно принимает удар молнии на себя, называют молниеприемником. Это наиболее заметный и значимый элемент схемы промышленного или дачного громоотвода. Существуют стержневые, тросовые, сетчатые приемники.
Самым популярным и известным благодаря Бенджамину Франклину является стержневой молниеприемник, который представляет собой металлический штырь из нержавейки, алюминия или меди. Он устанавливается обычно на 2 м выше самой высокой точки защищаемого здания. Этот вид молниеприемников наиболее простой в исполнении и достаточно дешевый.
Тросовый молниеприемник представляет собой две мачты, установленные по периметру защищаемого объекта, и натянутых стальных тросов между ними. Молниеприемная сеть — это сетка, из металлических прутьев уложенная на крыше здания с определенным шагом.
Для небольших частных домов отличным приемником молний может стать металлическая крыша. Если кровля дома сделана из другого материала, то для устройства защиты лучше выбрать молниеприемную сетку, а для деревянных дачных домиков чаще применяют активную защиту.
Токоотводы
К заземляющему устройству ток поступает по токоотводам. В соответствии с вышеуказанной Инструкцией РД 34.21.122-87 токоотводами в жилом доме могут быть различные конструкции здания из стали, алюминия или меди (рамы, пожарные лестницы, арматура железобетонных плит). Специальные токоотводы обычно укладываются снаружи по периметру здания с шагом 25 м. Эффективность токоотводов зависит от непрерывности электрической сети. Обычно с молниеприемником и заземляющими устройствами они соединены сваркой.
Заземление
Заряд молнии в почве рассевается с помощью заземляющих устройств. Ими в соответствии с Инструкцией РД 34.21.122-87 чаще всего являются железобетонные фундаменты или вертикальные электроды, глубоко уходящие в грунт. Последний вид заземления обязательно защищается от коррозии (поэтому выполнен как правило из омедненной или оцинкованной стали), а электроды надежно соединяются с горизонтальной шиной и друг с другом посредством специальных соединителей.
Внутренняя защита
Данный вид защиты состоит в использовании устройства защиты от импульсных перенапряжений (сокращенно УЗИП). Перенапряжение возникает в результате воздействия электрического поля, созданного грозовым зарядом.
Токи, появляющиеся вследствие удара молнии, проходят по индуктивным и резисторным связям, что создает перенапряжение. В результате этого физического явления выходят из строя микросхемы, просто расплавляясь. Величина перенапряжения определяется от места удара молнии. Различают два типа перенапряжений:
- Первый тип связан с прямым ударом молнии. Это самый опасный тип перенапряжения.
- Второй тип характеризует последствия непрямого удара. В этом случае негативные воздействия возможны, однако сила удара меньше в 10 – 20 раз по сравнению с прямым ударом.
В целях защиты от перенапряжений на подстанциях и воздушных линиях используют разрядники и ограничители. В частных домах применяют упомянутый выше УЗИП. Данные устройства подразделяют на однофазные однополюсные и двухполюсные. Первые рассчитаны на 220 Вольт, к их верхнему контакту присоединяют фазу, а к нижнему — заземление. В двухполюсных моделях к верхнему дополнительному контакту присоединяется еще и ноль. Для 380-вольтных щитов применяют трехфазные УЗИП с тремя верхними контактами на три фазы.
Эффект действия УЗИП основан на снижении сопротивления в случае перенапряжении и отводе энергии импульсов в землю. При обычном уровне напряжения сопротивление значительно выше.
Оборудование и материалы для молниезащиты.
Сегодня, отечественная и зарубежная промышленность производит все, что нужно для монтажа полноценной системы молниезащиты. От номенклатуры разбегаются глаза, но все это богатство можно распределить по назначению и применению.
Вас может заинтересовать — Правила устройства наружного освещения.
- Молниеприемные устройства – мачты, стержневые молниеотводы, проволока диаметром 8-10мм, трос.
- Заземление – электроды, горизонтальный заземлитель 40х4 и 25х3мм.
- Держатели прутка и полосы – на стене, коньковые, для плоской кровли.
- Соединители – полосы, прутка, универсальные.
Держатели
Части конструкции
Для более точного понимания сути требований следует принять во внимание, что типовая конструкция молниезащиты состоит из следующих основных частей:
- молниеприёмника, монтируемого в самой верхней точке объекта;
- специального ленточного токоотвода, используемого в качестве соединителя приёмника разряда с устройством заземления (ЗУ);
- самого заземлителя, обеспечивающего сток разрядного тока в землю.
Таким образом, каждый из составных элементов молниезащиты выполняет свою, вполне определённую функцию, удовлетворяющую требованиям действующих нормативов, в частности ПУЭ.
Это интересно: Как не допустить пожара в лесу. Защитим лес от пожара
Как подключить УЗИП в частном доме?
Защитные устройства могут включаться в бытовые электрические сети (с одной фазой и рабочим напряжением 220В) и в токоведущие линии промышленных объектов (три фазы, 380В). Исходя из этого, полная схема подключения УЗИП предусматривает воздействие соответствующего показателя напряжения.
Если роль заземления и нулевого проводника играет общий кабель, то в такой схеме устанавливается простейшее одноблоковое УЗИП. Подключается он следующим образом: фазная жила, подключенная ко входу защитного устройства – выходной кабель, соединенный с общим защитным проводником – защищаемые электроприборы и оборудование.
В соответствии с требованиями современной электротехнической документации нулевой и заземляющий проводники объединяться не должны. Исходя из этого, в новых домах для защиты цепи от скачков напряжения применяется двухмодульный аппарат, имеющий три отдельных клеммы: фаза, нейтраль и заземление.
В таком случае включение устройства в схему производится по другому принципу: фаза и нулевой кабель идут на соответствующие клеммы УЗИП, а затем шлейфом на подсоединенное к линии оборудование. Заземляющий проводник также подключается к своей клемме защитного прибора.
В каждом из описанных случаев чрезмерный ток, возникающий при перенапряжении, уходит в землю по кабелю заземления или общему защитному проводу, не оказывая воздействия на линию и подсоединенное к ней оборудование.
Ответы на вопросы про УЗИП на видео:
Опасность разряда молнии
Превышение рабочего напряжения (перенапряжение) в результате удара молнии может происходить двумя путями. Перенапряжение прямого удара (ПУМ) возникает при непосредственном попадании молнии в подстанцию. Индуцированное же происходит в результате удара в землю вблизи от объекта.
Несмотря на кратковременность воздействия (порядка 100 микросекунд), ущерб может быть весьма значительным. Кроме того что молния обладает колоссальным напряжением, температура разряда в главном канале может достигать 30000°C. Разумеется, разрушения подстанции или ее элементов могут быть весьма значительными.
Перенапряжение на установке может быть вызвано ударом молнии в участок воздушной линии, соединенный с ней. Поэтому грозозащита линий электропередач также относится к комплексу мер по защите подстанций от молний.
В общем случае можно выделить следующие основные причины необходимости оснащения объектов молниезащитными устройствами:
- если подстанция находится в отдельном здании, предотвращается его разрушение;
- предохранение от разрушения оборудования, что значительно увеличивает срок его эксплуатации;
- обеспечение стабильного электроснабжения потребителей подстанцией.
Сюда же можно добавить снижение уровня травмоопасности для персонала. Это значит, что молниезащита подстанции необходима и обязательна в соответствии с действующими требованиями законодательства (ПУЭ).
Эти правила позволяют не защищать лишь подстанции на 20 и 35 кВ, оборудованные трансформаторами мощностью менее 1,6 кВ. Также разрешено не оборудовать молниезащиту подстанций и ОРУ в климатических зонах, где количество грозовых часов не превышает 20.
Опасные факторы воздействия молнии
Линейная, молния
В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температур разряда, воздействие ее на человека, как правило, приводит к их смерти.
От удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3000 человек, причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек.
Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления:
— если расположить рядом две мачты — металлическую и более высокую деревянную, то молния, скорее всего, ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводность металла выше;
— молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, поскольку первые обладают большей электропроводностью;
— в лесу молния действует тоже избирательно, попадая, прежде всего, в такие лиственные деревья как дуб, тополь, верба, ясень, так как в них содержится много крахмала. Хвойные деревья — ель, пихта, лиственница и такие лиственные деревья как липа, грецкий орех, бук содержат много масел, поэтому оказывают большое электрическое сопротивление, и в них молния ударяет реже.
Из 100 деревьев молнией поражается 27% тополей, 20% груш, 12% лип, 8% елей и только 0,5% кедровых.
кроме поражения людей и животных линейная молния довольно часто является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности. В связи с этим необходимо принимать специальные защиты от поражения линейной молнией.
Шаровая молния
Если природа линейной молнии ясна, а, следовательно, и ее поведение предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор не понятна. Опасность поражения человека шаровой молнией прежде всего связанна именно с отсутствием методов и правил защиты человека от нее.
В 1753 году русский физик Георг Вильгельм Рихман, коллега М.В. Ломоносова, был убит шаровой молнией во время грозы при исследовании искровых разрядов в атмосфере. Известны многие случаи гибели людей при встрече с шаровой молнией.
Драматический случай произошел с группой из пяти советских альпинистов 17 августа 1978 года на Кавказе на высоте около 4000 м, где они остановились в ясную, холодную ночь на ночлег. В палатку к альпинистам залетел светло-желтый шар величиной с теннисный мяч. Шар парил над спальными мешками, в которых находились альпинисты, и методично, по какому-то собственному плану, проник в спальные мешки. Каждый такой «визит» вызывал отчаянный нечеловеческий крик, люди чувствовали сильнейшую боль, как будто их жгли автогеном, и теряли сознание. Они не могли двигать ни руками, ни ногами. После того как шар «посетил» спальные мешки каждого альпиниста по несколько раз, он исчез. Все альпинисты получили множество тяжелых ран. Это были не ожоги, а именно рваные раны: мышцы были вырваны целыми кусками, до самых костей. Одного из альпинистов — Олега Коровина — шар убил. При этом шаровая молния не коснулась ни одного предмета в палатке, а только покалечила людей. Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она неожиданно появляется где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Замечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Она достаточно часто проникает в здания через трубы, открытые окна и двери.
Размеры шаровой молнии бывают от нескольких сантиметров до нескольких метров. Обычно она легко парит или катится над землей, иногда подскакивает. Она реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Однако отмечен случай, когда шаровая молния не реагировала на поток воздуха.
Шаровая молния может появиться, не нанеся вреда человеку или помещению, залететь в окно и исчезнуть из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо человека. Всякий контакт с ней приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Шаровая молния может взорваться. Возникающая при этом воздушная волна способна травмировать человека или привести к разрушениям в здании.
Известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что приводило к разрушению последних. Собранные свидетельства о поведении шаровой молнии говорят, что в большинстве случаев взрывы не были опасны, тяжелые последствия возникали в 10 случаях из 100. Считается, что шаровая молния имеет температуру около 5000°С и может вызвать пожар.
Установка токоотводов молниезащиты
Любая молниезащита не будет нормально работать при отсутствии токоотводов и их правильного размещения относительно друг друга. Именно по ним электрический ток уходит от приемника и, попадая в заземлитель, растекается в грунте. Существуют нормативные документы, определяющие количество и материал токоотводов, их оптимальное сечение и расстояния между линиями. Все эти данные используются при составлении проектов молниезащиты.
Установленный токоотвод должен обеспечивать следующие требования:
- После удара молнии течение тока к земле должно происходить несколькими путями, расположенными параллельно.
- Движение тока осуществляется по кратчайшему пути. Токоотвод устанавливается в прямом вертикальном положении, исключая любые петли и резкие повороты.
- Расстояния от токоотводов до окон и дверей должны обеспечивать требуемый уровень безопасности.
Количество токоведущих линий определяется прежде всего размерами здания и типом его кровли. Если периметр объекта составляет менее 20 метров, то вполне достаточно одного токоотвода. При использовании нескольких элементов, они распределяются равномерно по всему периметру, начиная от любого угла.
Простейшая грозозащита состоит из двух токоотводов, расположенных параллельно и равномерно отводящих большие токи к земле. Они прокладываются по прямой, без изгибов и острых углов, чтобы исключить искрение, представляющее серьезную опасность. Общая численность линий рассчитывается для каждого конкретного случая, минимальное расстояние составляет 10 м. Расстояние от окон и дверей должно быть не менее 50 см.
Если монтаж молниезащиты, в частности, токоотводов выполняется непосредственно по стенам, в этом случае необходимо соблюдать установленные правила и рекомендации специалистов:
- Огнестойкий материал стен позволяет крепить проводники к их поверхностям или прокладывать изнутри.
- Если же стены неустойчивы к высоким температурам, токоотводы закрепляются на поверхности с соблюдением установленных зазоров и других мер безопасности.
- Прокладка по горючим материалам стен выполняется на расстоянии свыше 100 мм от поверхности. Допускается лишь контакт металлических креплений со стеной.
- Нельзя использовать водостоки под прокладку токоотводов.
- Непосредственно перед землей все линии соединяются между собой по горизонтали при помощи специальных поясов. По высоте такие соединения выполняются через каждые 20 метров.
Методика выполнения проверки
Система молниезащиты архитектурных сооружений, особенно промышленных объектов, часто имеет высокую сложность. Эта требует разделения процесса контроля ее текущего состояния на ряд этапов, которые выполняют по разнообразным методикам визуального и инструментального тестирования.
Этапы
Обычно в процессе сертификации системы молниезащиты выделяют такие этапы как:
- получение необходимых исходных данных из имеющейся проектной документации;
- контроль фактического соответствия системы проектной документации;
- визуальный осмотр устройств системы. Цель осмотра — контроль целостности сварных соединений (с простукиванием), отсутствия коррозии, состояния контактов;
- измерение сопротивления заземлителя.
В тех ситуациях, когда для защиты объекта применяют несколько молниеотводов, проверку производят отдельно для каждого из них.
Нормируемые параметры
Проверку молниезащиты объектов промышленного назначения (архитектурные сооружения плюс коммуникации) осуществляют на соответствие требованиям ведомственных инструкций РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003 Министерства энергетики. Положениями ПТЭЭП (гл. 2.8) нормируются принципы защиты электротехнических устройств от воздействия скачков напряжений.
Методы измерений
При инструментальном контроле молниезащиты выполняют такие разновидности измерения сопротивлений как:
- проверку переходного сопротивления контуров в местах стыка отдельных компонентов;
- определение сопротивления заземлителей защиты.
Достоверность результатов увеличивают тестированием заземляющих устройств на пике сухого сезона или при максимально глубоком промерзании грунта.
При визуальном контроле молниезащиты, который выполняют днем при ясной погоде, проверяют степень коррозии и иных повреждений поверхности и структуры компонентов системы. Если, например, при осмотре молниеприемников обнаружены те из них, у которых повреждено более четверти площади поверхности, они подлежат обязательной замене.
Документирование (акты, протоколы)
По результатам проверки какого-либо конкретного параметра или их комплекса оформляют протокол. Применительно к системе молниезащиты различают протоколы:
- визуального осмотра технического состояния системы и/или отдельных ее узлов;
- измерения переходного сопротивления;
- измерения сопротивления при испытаниях контура заземляющих устройств.
Протокол может составляться в отношении части системы, а также содержать результаты полного цикла обследований без разбиения на отдельные составляющие. В протоколах измерения, которые оформляют по ГОСТ Р 50571.16-99 (гармонизирован с МЭК 60364-6-61-86):
- отмечают условия измерений;
- приводят характеристику объекта;
- описывают тип тестирующего оборудования;
- фиксируют выявленные нарушения;
- отмечают данные лиц, производивших испытания.
Документ должен содержать всю информацию, необходимую для обоснования вывода по результатам испытаний по форме «годен — негоден» применительно к штатной технической эксплуатации.
Протоколы дополняют схемой организации молниезащиты, копиями свидетельств о поверке, актами аттестации сотрудников лаборатории и иными необходимыми документами. Образец формы протокола приведена на рисунке 1. Скачать его можно здесь.
Рисунок 1. Примерная форма протокола измерения параметров системы молниезащиты
Акт отличается от протокола тем, что всегда составляется коллегиально. Комиссия по сложившейся традиции включает нечетное число (минимум трое) членов. Акт дополнительно утверждает руководитель заказчика или один из его заместителей.
Применительно к молниезащите оформляют акт проверки и акт приемки.
Акты проверки де-факто выполняют по форме протокола.
Акты приемки включают в себя протоколы измерений. Часто такой акт представляет собой обобщающий документ, содержательная часть которого полностью вынесена в приложения.
Технические мероприятия
Перечень необходимых технических мероприятий определяет допускающий совместно с производителем работ в соответствии с требованиями СНиП 12-03-99.
При осмотре и проверке состояния молниеприемников и токоотводов на крышах зданий и сооружений необходимо использовать пояса монтерские предохранительные. При недостаточной длине стропа пояса необходимо пользоваться страховочным канатом, предварительно закрепленным за конструкцию здания. При этом одно из лиц, проводящих испытания медленно опускает или натягивает страховочный канат. При проверке сварных соединений наружных токопроводов, конструкции молниеприемников инструмент (молоток) необходимо привязывать во избежание падения. При приближении грозы все работы должны быть прекращены, бригада удалена с рабочего места.
Нормируемые величины
Защита от прямых ударов молний зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к I категории должна выполняться отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводам
Защита от прямых ударов молний зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты ко II и III категориям, с неметаллической кровлей должна быть выполнена отдельно стоящими или установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами.
При уклоне кровли не более 1:8 в качестве молниеотвода можно использовать молниеприемную сетку, выполненную из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм с шагом ячеек для II категории защиты не более 6х6 м и 12х12 м для II I проложены к заземлителям не реже, чем через 25 м по периметру здания, располагать их следует не ближе 3 м от входов в здания и в местах недоступных прикосновению людей и животных. категории защиты. Токоотводы от металлической кровли или молниеприемной сетки должны быть
Во всех вышеизложенных случаях дополнительно в качестве естественных заземлителей систем молниезащиты следует использовать железобетонные фундаменты зданий.
Размеры молниеприемников, токоотводов и элементов заземлителей приведены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1.
| Форма молниеприемников, токоотводов | Снаружи | В земле |
| Стержневые молниеприемники (сталь) — сечение не менее — длина не менее | 100 мм2 200 мм | — — |
| Тросовые молниеприемники (стальной многопроволочный канат) — сечение не менее — длина | 35 мм2 в зависимости от зоны защиты | — — |
| Круглые токоотводы и перемычки (сталь) — диаметр не менее | 6 мм | — |
| Круглые вертикальные электроды (сталь) — диаметр не менее | — | 10 мм |
| Круглые горизонтальные электроды (сталь) * — диаметр не менее | — | 10 мм |
| Прямоугольные токоотводы и заземлители (сталь) — сечение не менее — толщина не менее | 48 мм2 4 мм | 160 мм2 4 мм |
*Только для уравнивания потенциалов внутри зданий и для прокладки наружных контуров на дне котлована по периметру здания Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться сваркой, а при недопустимости огневых работ — болтовыми соединениями с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом. Сварные швы не должны иметь трещин, прожогов, непроваров величиной более 10% длины шва, незаправленных кратеров и подрезов. Поверхность шва должна быть равномерно-чешуйчатой, без наплывов. Длина сварного шва должна быть: для конструкции круглых сечений не менее 6d (d—диаметр молниеприемника, токоотвода, заземли-теля), прямоугольных — 2 В, где В — ширина полосовой стали конструкций систем молниезащиты (п. 3.2 ВСН 164-82, ГОСТ 10434-82, СНиП Ш-33-76 раздел II).
Это интересно: Высокое напряжение в сети — что делать и куда жаловаться
Проектирование устройств
Монтаж таких элементов на крыши производится в соответствии с нормами “Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций”, которая была утверждена Минэнерго России 30.06.2003 г. Приказ N 260.
Основной комплекс средств включает в себя устройства по охране от прямых ударов молнии (внешние) и вторичного ее воздействия (внутренние). Выбор необходимого типа и распространения компонентов производят специальные фирмы, выполняя на компьютере проект активной молниезащиты. Dwg формат отлично подходит для сохранения всех необходимых данных. Устанавливая новое оборудование, нужно четко придерживаться документации, так как в ней работниками компаний рассчитаны все параметры и необходимые замеры, благодаря которым можно надежно сохранить жилые комплексы.
