Молниезащита зданий и различных сооружений

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 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.

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, предотвращения искрений внутри защищаемого объекта и снижения амплитуд грозовых импульсов перенапряжения, набегающих на объект по линиям электропитания, связи и сигнализации.

Токи молнии, попадающие в молниеприемники и защитные аппараты, отводятся в заземлитель и растекаются в земле.

Молниезащита промышленных сооружений, общественных и жилых зданий осуществляется в соответствии со строительными нормами и другими нормативными документами в зависимости от степени опасности их поражения молнией.

При ударах молнии непосредственно в провода воздушных линий (электрических, телефонных, радиотрансляционных, сигнализации и т.п.), а также вследствие электромагнитной индукции при ударах молнии в землю, на проводах возникают импульсы высокого напряжения. Проникая по проводам в здания и сооружения, они вызывают разряды на заземленные части, что может привести к тяжелым последствиям. Вследствие этого во взрывоопасные и пожароопасные здания ввод воздушных линий любого назначения не допускается. Вместо них должны применяться подземные кабельные линии, как правило, от центральных распределительных пунктов.

Высокие объекты (телебашни, высотные дома и пр.) достаточно часто поражаются молнией. Высотные дома Москвы поражаются 1–2 раза в год. Останкинская телевизионная башня (высота 540 м) поражается в среднем 30 раз в год, при этом в 1–3 случаях точки удара бывают заметно ниже ее вершины, на боковых выступающих элементах.

Целью защиты от молнии высоких объектов является обеспечение безопасности людей, предохранение от разрушений внешних непроводящих частей объекта, обеспечение безаварийной работы электрооборудования и средств связи.

Защита высоких объектов осуществляется с помощью молниеприемников, устанавливаемых на самом объекте. Токоотводом может служить металлический или железобетонный каркас здания или сооружения. Следует предусматривать надежное соединение во время строительства стальной арматуры железобетонных деталей каркаса. Для предотвращения разрушений керамической облицовки или каких-либо других непроводящих элементов в местах возможных поражений молнией должны быть установлены молниеприемники, соединенные с каркасом здания. В качестве таких молниеприемников могут быть использованы как конструктивные элементы здания (парапеты, перила балконов, пожарные лестницы и т.д.), так и специально проложенные стальные проводники. Следует иметь в виду, что объекты высотой более 100 м могут поражаться молнией не только в вершину, но и в боковые выступающие части.

К каркасу объекта, являющемуся токоотводом, с целью выравнивания потенциалов по этажам на разных горизонтальных уровнях (через каждые 10–15 м) должны быть присоединены все внутренние трубопроводы, протяженные металлические элементы (например, каркасы лифтов), а также металлические экраны электропроводки и оболочки кабелей. Каркас объекта через каждые 20–30 м по его периметру присоединяется к заземляющему контуру.

Для защиты электрооборудования и установок связи осуществляются следующие основные мероприятия: все сети низкого напряжения как внутри, так и снаружи объекта прокладываются в стальных трубах, которые через каждые 10–15 м соединяются с каркасом; кожухи всех электроаппаратов, а также сердечники и нейтрали трансформаторов присоединяются к каркасу, оболочки входящих в объект кабелей различного назначения присоединяются в месте входа к каркасу или к заземляющему контуру.

Заземляющий контур должен охватывать объект по всему периметру и иметь сопротивление растеканию тока не более 0,5 Ом. Последнее, как правило, не вызывает затруднений, поскольку к контуру присоединяются подземные трубопроводы и обсадные трубы буровых скважин, используемых с целью получения данных по геологическому строению выбранной для строительства площадки.

Если ранее молниезащита была направлена в первую очередь на предотвращение повреждения изоляции электротехнического оборудования, поражения людей и возникновения пожаров, взрывов и т.д., то в настоящее время все большее значение приобретает обеспечение электромагнитной совместимости различных устройств, в том числе и микропроцессорной техники, систем управления и автоматизации технологических процессов, т.е. способности нормально функционировать при возможных электромагнитных воздействиях, в том числе и при мощных воздействиях, вызванных грозовыми разрядами.

Ситуация усугубляется с расширением использования микропроцессорной техники во всех областях деятельности человека, снижением уровня рабочих напряжений этой техники, а следовательно, и повышением ее чувствительности к помехам. Поэтому в последнее время все больше внимания уделяется обеспечению электромагнитной совместимости современного электронного и микропроцессорного оборудования, компьютерной техники, включая также компьютерные центры, сети и т.д.

Особое место при этом уделяется молниезащите, ориентированной на обеспечение электромагнитной совместимости электротехнического, электронного оборудования, размещенного внутри зданий, промышленных, электроэнергетических объектов, в том числе и защищенных от прямых ударов молниеотводами.

Изложенные принципы молниезащиты легко учесть при проектировании и строительстве новых зданий. В то же время имеется много старых зданий, у которых система молниезащиты не отвечает современным требованиям.