Горизонтальне тросове блискавковідведення. Захисна дія блискавковідводів та грозотросів ЛЕП. Зони захисту стрижневих блискавковідводів. Зони захисту тросових блискавковідводів

Блискавка - пристрій для захисту будівель і споруд від прямих ударів блискавки. М. включає чотири основні частини: блискавкоприймач, що безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідвід, що з'єднує блискавкоприймач із заземлювачем; заземлювач, через який струм блискавки стікає в землю; несучу частину (опору або опори), призначену для закріплення блискавкоприймача та струмовідводу.

Залежно від конструкції блискавкоприймача розрізняють стрижневі, тросові, сітчасті та комбіновані М.

За кількістю спільно діючих блискавкоприймачів їх ділять на одиночні, подвійні та багаторазові.

Крім того, за місцем розташування М. бувають окремі, ізольовані і не ізольовані від будівлі, що захищається. Захисна дія М. заснована на властивості блискавки вражати найвищі та добре заземлені металеві споруди. Завдяки цій властивості нижча по висоті будівля, що захищається, практично не вражається блискавкою, якщо вона входить в зону захисту М. Зоною захисту М. називається частина простору, що примикає до нього і з достатнім ступенем надійності (не менше 95%) забезпечує захист споруд від прямих ударів блискавки. Найчастіше для захисту будівель та споруд застосовують стрижневі М.

Тросові М. найчастіше застосовують для захисту будівель великої довжини та високовольтних ліній. Ці М. виготовляють у вигляді горизонтальних тросів, закріплених на опорах, по кожній з яких прокладають струмовідведення. Стрижневі та тросові М. забезпечують однаковий ступінь надійності захисту.

Як блискавкоприймачів можна використовувати металевий дах, заземлений по кутах і по периметру не рідше ніж через кожні 25 м, або накладену на неметалічний дах сітку із сталевого дроту діаметром не менше 6 мм, що має площу осередків до 150 мм2, з вузлами, закріпленими зварюванням і заземлений так само, як металевий дах. До сітки або струмопровідної покрівлі приєднують металеві ковпаки над димовими та вентиляційними трубами, а у разі відсутності ковпаків - спеціально накладені на труби дротяні кільця.

М. стрижневий - М. з вертикальним розташуванням блискавкоприймача.

М. тросовий (протяжний) - М. з горизонтальним розташуванням блискавкоприймача, закріпленого на двох заземлених опорах.

ЗОНИ ЗАХИСТУ БЛИЩЕННЯВІДВОДІВ

Зазвичай зону захисту позначають максимальної ймовірності прориву, що відповідає її зовнішньому кордоні, хоча в глибині зони ймовірність прориву істотно зменшується.

Розрахунковий метод дозволяє побудувати для стрижневих та тросових блискавковідводів зону захисту з довільним значенням ймовірності прориву, тобто. для будь-якого блискавковідводу (одинакового чи подвійного) можна побудувати довільну кількість зон захисту. Проте більшість народногосподарських будинків достатній рівень захисту можна забезпечити, користуючись двома зонами, з ймовірністю прориву 0,1 і 0,01.

У термінах теорії надійності ймовірність прориву - це параметр, що характеризує відмову блискавковідведення як захисного пристрою. При такому підході двох прийнятих зон захисту відповідає ступінь надійності 0,9 і 0,99. Ця оцінка надійності справедлива при розміщенні об'єкта поблизу межі зони захисту, наприклад об'єкта у вигляді кільця, співвісного зі стрижневим блискавковідводом. У реальних об'єктів (звичайних будівель) на межі зони захисту, як правило, розташовані лише верхні елементи, а більшість об'єкта міститься в глибині зони. Оцінка надійності зони захисту за її зовнішнім кордоном призводить до надмірно занижених значень. Тому, щоб врахувати існуюче на практиці взаємне розташування блискавковідводів та об'єктів, зон захисту А і Б приписана в РД 34.21.122-87 орієнтовний ступінь надійності 0,995 і 0,95 відповідно.

Одиночний стрижневий блискавковідведення.

Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу висотою h є круговим конусом (рис. П3.1), вершина якого знаходиться на висоті h0

1.1. Зони захисту одиночних стрижневих блискавковідводів заввишки h? 150 м мають такі розміри.

Зона A: h0 = 0,85h,

r0 = (1,1 - 0,002h)h,

rx = (1,1 - 0,002h) (h - hx/0,85).

Зона Б: h0 = 0,92 h;

rx =1,5(h - hx/0,92).

Для зони Б висота одиночного стрижневого блискавковідведення при відомих значеннях і може бути визначена за формулою

h = (rx + 1,63 hx)/1,5.

Мал. П3.1. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

I - межа зони захисту на рівні hx, 2-то ж на рівні землі

Поодинокий тросовий блискавковідведення.

Зона захисту одиночного тросового блискавковідводу заввишки h? 150 м наведено на рис. П3.5 де h - висота троса в середині прольоту. З урахуванням стріли провісу троса перетином 35-50 мм2 при відомій висоті опор hоп і довжині прольоту висота троса (в метрах) визначається:

h = hоп - 2 при а< 120 м;

h = hоп - 3 при 120< а < 15Ом.

Мал. П3.5. Зона захисту одиночного тросового блискавковідведення. Позначення ті ж, що й на рис. П3.1

Зони захисту одиночного тросового блискавковідводу мають такі габаритні розміри.

Для зони типу Б висота одиночного тросового блискавковідведення при відомих значеннях hx та rx визначається за формулою

Вертикальний заземлювач виконується шляхом послідовного механізованого занурення різьбових електродів довжиною 1,2-3 метри, що з'єднуються між собою латунними муфтами. Сталеві електроди діаметром 14,2-17,2 мм, з електрохімічним мідним покриттям (чистота 99,9%) завтовшки 0,25 мм. гарантує високу корозійну стійкість та термін служби заземлювача у ґрунті не менше 40 років. Висока механічна міцність заземлювача дозволяє занурювати його на глибину до 30 метрів. Мідне покриття електродів має високу адгезію і пластичність, що дозволяє занурювати стрижні в грунт без порушення цілісності та відшаровування мідного шару.

З метою забезпечення безпеки людей, збереження споруд, обладнання та матеріалів від теплових, механічних та електричних впливів блискавки, розроблено особливу систему захисних заходів безпеки - блискавкозахист, що є комплексом технічних рішень та спеціальних пристроїв.

Нормативне регулювання

Вимоги до організації систем захисту від блискавки будівель і споруд, розташованих на території Російської Федерації, регламентуються такими нормативними документами:

«Інструкцією з блискавкозахисту будівель та споруд» РД 34.21.122-87
«Інструкцією з влаштування блискавкозахисту будівель, споруд та промислових комунікацій» CO 153-34.21.122-2003 .

Розробляючи систему захисних заходів об'єктів від ударів блискавки, проектні організації можуть керуватися положеннями будь-якої із зазначених інструкцій або використовувати їхню комбінацію.

Елементи блискавкозахисту

Повний комплекс заходів захисту від блискавки наземних об'єктів передбачає поєднання систем зовнішньої - захист від прямих ударів блискавки і внутрішнього захисту від блискавки - пристрої захисту від вторинних впливів (наведень і імпульсного перенапруги). Зовнішній блискавкозахист забезпечує мінімальний шанс прямого попадання блискавки у споруду, захищаючи тим самим її від пошкоджень. Вона бере на себе удар блискавки, який потім відводиться у ґрунт.

Комплекс заходів зовнішньої системи блискавкозахисту включає три елементи:

Блискавкоприймач (громовідвід, блискавковідвід)- це пристрій, призначений для перехоплення блискавки. Принцип дії блискавкоприймача у тому, що удар блискавки посідає найбільш високі і добре заземлені металеві споруди. Отже, якщо об'єкт розташований у зоні захисту блискавковідводу, він не буде вражений блискавкою.

Струмовідвід- пристрій, що виконує відведення струму блискавки з блискавки на заземлення. Встановлюється на стіну споруди та водостічні труби. Є обмеженим дротом або смугою, яка тягнеться від блискавкоприймача до заземлювача.

Заземлювач- пристрій, що виконує відвід 50% і більше струму блискавки, що пройшов струмовідведення в землю. Струм, що залишився, розподіляється по прилеглих до споруди комунікацій. Заземлювач - єдиний елемент зовнішнього блискавкозахисту, занурений у ґрунт. Заземлюючими електродами можуть бути елементи різних розмірів, матеріалів і форм, відповідні вимогам нормативних документів.

Встановити зовнішню блискавкозахисну систему можна як на самому об'єкті, що захищається, так і ізольовано: у вигляді окремо стоять блискавкоприймачів і сусідніх споруд, що виконують функції природних блискавковідводів.
Внутрішній блискавкозахист включає комплекс пристроїв, що захищають від імпульсних перенапруг (УЗІП) і виконують функції обмеження магнітного та електричного полів блискавки, запобігаючи тим самим іскрінню всередині об'єкта захисту.

2. Блискавкоприймач як частина системи блискавкозахисту

Систему блискавкозахисту організують за принципом максимального використання природних блискавковідводів. У випадках, коли забезпечувана ними захищеність недостатня, комбінують зі спеціально встановленими елементами (штучними блискавкоприймачами).

Простота пристроїв, відсутність необхідності у спеціальному технічному обслуговуванні та порівняно надійний захист об'єкта від ураження ударами блискавки, забезпечили блискавкоприймачам пасивної системи блискавкозахисту найбільш широке поширення на практиці.

Виділяють такі типи пасивних блискавкоприймачів:

стрижневі (щогла);
тросові;
сітчасті.

Блискавки приймачі виготовляють з різних матеріалів: алюміній, мідь, нержавіюча або оцинкована сталь, з урахуванням мінімальних перерізів для кожного з них відповідно до нормативних документів.

Стрижневий блискавкоприймач (щогла)

Стрижневі блискавки-щогли, встановлені на вежах

Стрижневий блискавкоприймач (або блискавкоприймальна щогла) являє собою вертикальний пристрій висотою зазвичай від 1 до 20 метрів на даху споруди або поруч з ним, встановлений таким чином, щоб зона захисту покривала об'єкт, що захищається. Спеціальні затискачі, що використовуються при встановленні щогл, дозволяють кріпити їх як до вертикальних (стіна), так і горизонтальних (земля, дах) поверхонь. Від кожної щогли монтують два струмовідводи. Якщо блискавкоприймач розташовують на покрівлі споруди, то заземлювальний пристрій, що використовується, являє собою горизонтальний контур, який посилюють в точках опусків струмовідводів вертикальними заземлювачами. Заземлювальний пристрій щогли що виконують виконують трьома вертикальними заземлювачами, об'єднаними між собою за типом «курячої лапи». Стрижневі блискавки (щогли) вибирають в основному для захисту невеликих будівель, не складної архітектури.

Конструкція тросового блискавки складається з двох щоглів і натягнутого між ними сталевого троса. До кінців троса примикають по одному струмовідводу із заземлювачем на кшталт «курячої лапи». При правильному розташуванні опорних щогл грозові розряди йдуть у землю межі об'єкта, що захищається. Тросовий блискавкозахист широко застосовують для невисоких будов. Стрижневі та тросові блискавкоприймачі поділяються на одиночні, подвійні та багаторазові, утворюючи загальну зону захисту об'єкта. Багаторазові блискавки приймають для захисту великих будівель або декількох споруд, що займають значну територію.

Блискавкоприймальна сітка, встановлена на даху будівлі

Конструкція блискавкоприймача виготовляється у вигляді сітки з металевого прутка на даху споруди, що захищається. Блискавку сітку укладають на покрівлю будівлі з кроком (розміром осередків) від 5х5 м до 20х20 м в залежності від категорії блискавкозахисту об'єкта. Поширене питання, яке виникає під час проектування, — чи можна укладати блискавкоприймальну сітку безпосередньо на покрівлю даху. Насправді сітку можна укладати прямо на покрівлю або під утеплювач (див. пункт 2.11. в інструкції РД 34.21.122-87). За інструкцією СО 153 3.2.2.4. якщо підвищення температури становить для об'єкта небезпеку, то відстань між струмовідведенням та горючою покрівлею або стіною має бути більше 0,1 м. При цьому металевий затиск може бути в контакті з горючою стіною. Якщо стіна або покрівля є горючими, але підвищення температури для них не є небезпечним, то дозволяється кріплення безпосередньо до стіни.
Струмовідводи монтують по всьому периметру блискавки з кроком від 10 до 25 м (залежить від рівня захисту). Тип покрівлі споруди, що захищається (м'яка або жорстка) визначає спосіб кріплення «сітки» до поверхні даху. При дотриманні умови не пального підстави, блискавкоприймальна сітка може бути покладена в «покрівельному пирозі». Заземлювач для даного типу блискавкоприймача є замкнутим горизонтальним контуром, посиленим в точках опусків струмовідводів.

3. Категорії блискавкозахисту

Вибір типу блискавкоприймача залежить від того, до якої категорії пристрою блискавкозахисту належить будова.
Нормами встановлено три категорії пристроїв блискавкозахисту залежно від вибухової та пожежної небезпеки, місткості, вогнестійкості та призначення об'єктів, що захищаються, а також з урахуванням середньорічної тривалості гроз у географічному районі розташування об'єкта, див. категорії блискавкозахисту в таблиці № 1 з пункту 1.1. у РД 34.21.122-87:

Будівлі та споруди	Розташування	Тип зони захисту при використанні стрижневих та тросових блискавковідводів	Категорія блискавкозахисту
Будівлі та споруди або їх частини, приміщення яких згідно з ПУЕ відносяться до зон класів В-І та В-II	На всій території СРСР	Зона А	I
Те ж класів В-Iа, В-Iб, В-IIа		При очікуваній кількості поразок блискавкою на рік будівлі або споруди N>1 – зона А; при N≤1 - зона Б	II
Зовнішні установки, що створюють згідно з ПУЕ зону класу В-Iг	На всій території СРСР	Зона Б	II
Будинки та споруди або їх частини, приміщення яких згідно з ПУЕ належать до зон класів П-І, П-ІІ, П-ІІа		Для будівель і споруд І та ІІ ступенів вогнестійкості при 0,1 2- зона А	III
Розташовані в сільській місцевості невеликі будови ІІІ - V ступенів вогнестійкості, приміщення яких згідно з ПУЕ відносяться до зон класів П-І, П-ІІ, П-ІІ.	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 20 год на рік і більше за N	-	III
Зовнішні установки та відкриті склади, що створюють згідно з ПУЕ зону класів П-ІІІ.	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 20 год на рік і більше	При 0,12 - зона А	III
Будівлі та споруди III, IIIa, IIIб, IV, V ступенів вогнестійкості, в яких відсутні приміщення, що відносяться по ПУЕ до зон вибухо- та пожежонебезпечних класів	Те саме	При 0,12 - зона А	III
Будівлі та споруди з легких металевих конструкцій зі згоряним утеплювачем (IVa ступеня вогнестійкості), в яких відсутні приміщення, що відносяться по ПУЕ до зон вибухо- та пожежонебезпечних класів	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 10 год на рік і більше	При 0,12 - зона А	III
Невеликі будови III-V ступенів вогнестійкості, розташовані в сільській місцевості, в яких відсутні приміщення, що відносяться по ПУЕ до зон вибухо- та пожежонебезпечних класів	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 20 год на рік і більше для III, IIIa, IIIб, IV, V ступенів вогнестійкості при N	-	III
Будинки обчислювальних центрів, у тому числі розташовані у міській забудові	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 20 год на рік і більше	Зона Б	II
Тваринницькі та птахівничі будівлі та споруди III-V ступенів вогнестійкості: для великої рогатої худоби та свиней на 100 голів та більше, для овець на 500 голів та більше, для птиці на 1000 голів та більше, для коней на 40 голів та більше	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 40 год на рік і більше	Зона Б	III
Димові та інші труби підприємств та котелень, башти та вежі всіх призначень заввишки 15 м і більше	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 10 год на рік і більше	-	III
Житлові та громадські будівлі, висота яких більш ніж на 25 м перевищує середню висоту навколишніх будівель у радіусі 400 м, а також окремі будівлі висотою понад 30 м, віддалені від інших будівель більш ніж на 400 м	У місцевостях із середньою тривалістю гроз 20 год на рік і більше	Зона Б	III
Житлові та громадські будівлі, що окремо стоять, у сільській місцевості висотою понад 30 м	Те саме	Зона Б	III
Громадські будівлі III-V ступенів вогнестійкості наступного призначення: дитячі дошкільні заклади, школи та школи-інтернати, стаціонари лікувальних закладів, спальні корпуси та столові заклади охорони здоров'я та відпочинку, культурно-освітні та видовищні установи, адміністративні будівлі, вокзали, готелі	Те саме	Зона Б	III
Відкриті видовищні установи (зали для глядачів відкритих кінотеатрів, трибуни відкритих стадіонів тощо)	Те саме	Зона Б	III
Будівлі та споруди, що є пам'ятками історії, архітектури та культури (скульптури, обеліски тощо)	Те саме	Зона Б	III

І категорія блискавкозахисту

Для блискавкозахисту будівель, що належать до I категорії, використовуються блискавко-щогли або тросові блискавки,
див. пункт 2.1. у РД 34.21.122-87. Обов'язковою умовою є забезпечення зони захисту типу А відповідно до вимог Додатка 3 .

II категорія блискавкозахисту

Для блискавкозахисту будов II категорії, що мають неметалеву покрівлю, застосовуються блискавичні щогли або тросові блискавки, що встановлюються ізольовано або на об'єкті, що захищається, див. пункт 2.11 в РД 34.21.122-87. При цьому обов'язковою умовою є забезпечення зони захисту відповідно до вимог наведеної у статті таблиці та додатка 3 до РД 34.21.122-87. Якщо пристрої блискавкозахисту розташовані на об'єкті, то для кожної блискавко-щогли або стійки тросового блискавкоприймача необхідно не менше двох струмовідводів. Для забезпечення захисту від блискавки споруд, ухил покрівлі яких не перевищує 1:8, може використовуватися блискавкоприймальна сітка.
В якості матеріалу для виготовлення сітки блискавки застосовують сталевий дріт діаметром не менше 6 мм. Конструкцію з кроком осередків не більше 6х6 м укладають на покрівлю будівлі поверх або під вогнетривкі матеріали. Металеві конструкції, що височіють над дахом будівлі, необхідно приєднувати до блискавкоприймальної сітки, а не металеві - обладнати додатковими пристроями захисту від удару блискавки, так само закріплюючи їх із сіткою.
Споруди з металевими фермами, покрівлі яких збудовані з використанням вогнетривких матеріалів, не вимагають встановлення пристроїв блискавкозахисту. Металева покрівля будівель сама виступає як блискавкоприймач. При цьому пристроями блискавкозахисту необхідно обладнати неметалічні елементи об'єкта захисту, що піднімаються над дахом. Струмовідводи монтують від металевої покрівлі або блискавкоприймальної сітки з кроком 25 м по периметру будівлі. Для всіх типів блискавковідводів, що використовуються для захисту будов II категорії, обов'язковим є виконання вимоги пункту 2.6 у РД 34.21.122-87.

III категорія блискавкозахисту

Для блискавкозахисту будов, що відносяться III категорії, застосовують один із зазначених вище способів (блискавкоприймальні щогли, тросові блискавковідводи або сітку) з дотриманням чинних вимог.
По можливості, як струмовідведення застосовують металеві конструкції самого об'єкта, що захищається. Обов'язковою умовою є безперервний електричний зв'язок у з'єднаннях конструкцій з іншими елементами системи зовнішнього блискавкозахисту (блискавкоприймачами і заземлювачами). Розташовані зовні будівлі струмовідводи необхідно монтувати на відстані не більше 3 м від входів або в місцях, які не доступні для дотику людей.
Нормативними документами щодо організації блискавкозахисту наземних об'єктів не передбачено жодних вимог до відстані між блискавковідведенням, що окремо стоїть, та об'єктом захисту, його підземними комунікаціями. Застосовуючи блискавичну сітку для будов III категорії, необхідно передбачити крок її осередків не більше 12 х 12м.

4. Зони захисту стрижневих та тросових блискавкоприймачів

Вибір кількості та висоти стрижневих та тросових блискавковідводів повинен проводитись за допомогою розрахунку їх зон захисту.
Під зоною захисту розуміють площу заданої геометрії в околиці блискавкоприймача, де ймовірність прямого удару блискавки в розміщений там об'єкт не перевищить заданої величини.
Для забезпечення блискавкозахисту будівлі на рівні необхідної надійності весь об'єкт, що захищається, повинен розташовуватися в зоні захисту блискавкоприймача.
Одиночна блискавко-щогла забезпечує зону захисту будови у вигляді кругового конуса заввишки h0

Одиночний тросовий блискавкоприймач забезпечує зону захисту у вигляді рівнобедреного трикутника, вершина якого знаходиться на висоті h0

Розрахунок зон захисту стрижневих та тросових блискавкоприймачів проводиться згідно з CO 153-343.21.122-2003.

5. Вибір типу блискавкоприймача

На підставі всього вищевикладеного, робимо висновок, що вибір типу блискавкоприймача необхідно проводити виходячи з конструкцій будівель та споруд та матеріалів їхньої покрівлі, з обов'язковим урахуванням категорії блискавкозахисту та дотриманням усіх необхідних вимог РД 34.21.122-87 та CO 153-343.21.122-2 .
Здійснюючи блискавкозахист будов за допомогою стрижневих і тросових блискавкоприймачів, їх розташовують таким чином, щоб об'єкт повністю знаходився в їх зонах захисту, що розраховуються для кожного типу блискавковідводу згідно CO 153-343.21.122-2003.
При виборі блискавкоприймальної сітки важливо враховувати, що крок сітки (розміри осередків) визначається категоріями захисту від блискавки див. РД 34.21.122-87.
Для комплексного блискавкозахисту об'єктів можуть застосовуватися комбіновані типи, наприклад, тросострижневі. Нерідко «сітку» комбінують зі стрижневими блискавкоприймачами, що забезпечує досить надійний захист.

Широке застосування стрижневих блискавкоприймачів зумовлено простотою та відносною дешевизною їх виготовлення. В основному блискавичні щогли вибирають для захисту невеликих будівель, нескладної архітектури. Для захисту від блискавки великих будівель або декількох споруд, що займають значну територію, використовують багаторазові стрижневі блискавки.
Тросові блискавки вибирають для захисту дуже протяжних об'єктів. За економічними параметрами облаштування ними споруд можна порівняти зі стрижневими пристроями блискавкозахисту, проте в процесі експлуатації вони показали себе менш надійними.

Наявність встановленої системи зовнішнього захисту від блискавки не є гарантією повного захисту від усіх впливів блискавки. Для захисту від вторинних наслідків необхідно обов'язково захищати об'єкт комплексно: елементи зовнішнього блискавкозахисту, а також внутрішній блискавкозахист, який є сукупністю пристроїв захисту від імпульсного перенапруги (УЗІП).

Дивіться також:

ВСТУП

Розподільні електричні мережі (PC) напругою 0,4-10 кВ останніми роками оснащуються електрообладнанням, апаратами, пристроями, ізоляторами та проводами, виготовленими на новій сучасній технічній базі. Експлуатація таких мережевих об'єктів потребує надійної системи захисту від грозових перенапруг з використанням сучасних технічних засобів. Розробка технічних засобів та методів захисту від перенапруг PC пов'язана з кількісною оцінкою параметрів блискавки та ймовірної кількості грозових пошкоджень. Для розрахунків щільності прямих ударів блискавки на ґрунт використовується інформація про інтенсивність грозової діяльності. При цьому необхідно враховувати екранування мережевих об'єктів будинками, спорудами, деревами тощо. Екранування в окремих випадках може зменшити кількість прямих ударів у мережеві об'єкти на ~70%.

Надійний захист досягається, якщо обладнання та конструкції матимуть досить високу міцність ізоляції або в PC встановлені ефективні апарати захисту від грозових перенапруг. Для захисту PC напругою 0,4-10 кВ від грозових перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН), розрядники довго-іскрові (РДІ), вентиляльні розрядники (РВ) і трубчасті (РТ), захисні іскрові проміжки (ІП). Тип, кількість та місце встановлення апаратів захисту вибирається під час проектування конкретних мережевих об'єктів. При установці апаратів захисту вимоги до значення опору заземлення вибирають згідно з ПУЕ. Для магістральних ліній напругою 6-10 кВ, виконаних у габаритах ПЛ напругою 35 кВ, рекомендується застосовувати тросові блискавковідводи на підходах до підстанцій та розподільних пунктів.

Завданням захисту PC напругою 0,4 кВ є запобігання ураженням людей, тварин та виникнення пожеж внаслідок проникнення грозових перенапруг у внутрішні проводки житлових будинків та інших будівель, а також пошкодження електрообладнання підстанцій 6-10/0,4 кВ.

ОЦІНКА ЗАХИСНОГО ДІЇ МОЛНІЄВІДВОДІВ

Параметри стрижневих та тросових блискавковідводів

Параметри стрижневих блискавковідводів

Стрижневим блискавковідводом називається конструкція у вигляді вертикального встановленого гратчастого шпиля, труби або стрижня. Стрижневий блискавковідвід як засіб грозозахисту було запропоновано В. Франкліном у 1749 році. Сучасні блискавковідводи стандартних типів мають висоту до 40 метрів. У деяких випадках для створення нестандартних блискавковідводів як несучі конструкції використовуються заводські труби, опори ліній електропередачі або металеві портали відкритих розподільчих пристроїв.

Блискавковідвід повинен мати надійний зв'язок із землею з опором 5-25 Ом розтіканню імпульсного струму. Захисна властивість стрижневих блискавковідводів полягає в тому, що вони орієнтують на себе лідер грозового розряду, що формується. Розряд відбувається обов'язково у вершину блискавковідведення, якщо він формується в деякій ділянці, розташованої над блискавковідведенням. Ця область має вигляд конуса, що розширюється вгору, і називається зоною 100%-го ураження. Досвідченими даними встановлено, що висота орієнтування блискавки Н залежить від висоти відведення блискавки h. Для блискавковідводів висотою до 30 метрів:

а для блискавковідводів висотою більше 30 метрів Н=600м прийнято вважати, що вершина конуса зони 100%-го ураження розташовується симетрично осі блискавковідводу на висоті об'єкта, що захищається, а радіус його на висоті орієнтування:

де - активна частина блискавковідведення, що відповідає його перевищенню над висотою об'єкта, що захищається:

Крім зазначеної зони, захисна дія стрижневого блискавковідведення характеризується зоною захисту, тобто. простором, попадання розрядів блискавок у яке виключається. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу має вигляд намету, що розширюється донизу (рис. 1.1). Для розрахунку радіуса захисту в будь-якій точці захисної зони, в тому числі і на рівні висоти об'єкта, що захищається, використовується формула:

де р - поправочний коефіцієнт, що дорівнює 1 для блискавковідводів висотою менше 30 метрів і рівний для більш високих блискавковідводів.

У тому випадку, коли для захисту протяжних об'єктів використовується кілька блискавковідводів, доцільно, щоб зони їх 100% поразки змикалися над об'єктом або навіть перекривали один одного, виключаючи вертикальний прорив блискавки на об'єкт захисту (рис. 1.2). Відстань (S) між осями блискавковідводів повинна бути рівною або меншою від величини, що визначається з залежності:

Зона захисту двох і чотирьох стрижневих блискавковідводів у плані на рівні висоти об'єкта, що захищається, має обриси, наведені на рис. 1.3 а, б.

Показаний малюнку радіус захисту визначається як і, як і одиночного блискавковідведення, а найменша ширина зони захисту визначається за спеціальним кривим. Слід пам'ятати, що з блискавковідводів висотою до 30 метрів, розташованих з відривом, найменша ширина зони захисту дорівнює нулю.

Малюнок 1.1 - Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу:

1 – межа зони захисту; 2 - переріз зони захисту на рівні

Малюнок 1.2 - Схема розташування стрижневих блискавковідводів, що забезпечує змикання зон 100% ураження

Малюнок 1.3 - Графічне зображення захисної зони:

а) - для двох блискавковідводів; б) - для чотирьох блискавковідводів

За наявності трьох і чотирьох блискавковідводів контури захисної зони мають вигляд, подібний до рис. 1.3 б. Радіуси захисту визначаються в цьому випадку так само, як і для одиночних блискавковідводів. Розмір визначається за кривими для кожної пари блискавковідводів. Діагональ чотирикутника або діаметр кола, що проходить через вершини трикутника, утвореного трьома блискавковідводами, за умовами захищеності всієї площі повинні задовольняти залежності для блискавковідводів заввишки менше 30 м:

для блискавковідводів висотою понад 30 м:

При встановленні блискавковідводів, що окремо стоять, необхідно дотримуватися певних відстаней по повітрю між блискавковідведенням і об'єктом, що захищається. Ця вимога виходить з того, що в момент ураження блискавковідводу блискавкою на ньому створюється високий потенціал, який може призвести до зворотного розряду з блискавковідведення на об'єкт. Потенціал на блискавковідведення у момент розряду визначається залежністю:

де - імпульсний опір заземлення блискавковідведення 5 - 25 Ом; - Струм блискавки в добре заземленому об'єкті, кА.

Більш точно потенціал на блискавковідводі можна визначити з урахуванням індукції.

тивності блискавковідведення:

де а - крутість фронту хвилі струму, кА/мкс; - точка блискавковідведення на висоті об'єкта, м; - Питома індуктивність блискавковідводу, мкГн/м.

Для розрахунку мінімального припустимого наближення об'єкта до блискавковідводу можна виходити із залежності:

де Е - допустима імпульсна напруженість електричного поля в повітрі, що приймається 500 кВ/м.

Керівні вказівки щодо захисту від перенапруг рекомендують відстань до блискавковідводу приймати рівною:

Ця залежність справедлива при струмі блискавки, що дорівнює 150 кА, крутизні струму 32 кА/мксек та індуктивності блискавковідводу 1,5 мкгн/м. Незалежно від результатів розрахунку, відстань між об'єктом та блискавковідведенням має бути не менше 5 м.

Тросовий блискавковідвід

Одним із найбільш надійних засобів запобігання прямим ураженням блискавкою проводів ліній електропередач є підвіска над ними заземлених тросових блискавковідводів. Пристрій цей дорогий і тому застосовується лише на лініях першого класу напругою 110 кВ та вище. Коли лінія на металевих або дерев'яних опорах не прикрита повністю тросами, ними прикривають лише підходи до підстанцій на ділянці 1-2 км. Залежно від конструкції опор можуть бути застосовані один або два троси, наглухо приєднані до металевої опори або до заземлюючих металевих спусків дерев'яних опор. Для захисту троса від перепалу струмом блискавки та контролю заземлення опори кріплення троса проводиться за допомогою одного підвісного ізолятора, шунтованого іскровим проміжком. Ефективність тросового захисту тим вища, чим менший кут, утворений вертикаллю, що проходить через трос, і лінією, що з'єднує трос із крайнім проводів. Цей кут називають захисним кутом, приймаючи його величину не більше 20-30 0 .

Захисна зона для одного троса в перерізі перпендикулярній лінії, має вигляд, подібний до захисної зони для одиночного стрижневого блискавковідводу. Ширина захисної зони, що виключає пряме ураження проводів на рівні висоти їхнього підвісу, визначається залежністю:

Ця залежність є справедливою для висоти підвісу троса 30 м і нижче.

Захисна дія блискавковідводу, заснована на властивості блискавки з більшою ймовірністю вражати, вищі та добре заземлені предмети, порівняно з розташованими поряд об'єктами меншої висоти. Тому на блискавковідвід, що височіє над об'єктом, що захищається, покладається функція перехоплення блискавок, які за відсутності блискавковідводу вразили б об'єкт. Кількісно захисна дія блискавковідведення визначається через ймовірність прориву - відношення числа ударів у захищений об'єкт (числа проривів) до загального числа ударів у блискавковідведення та об'єкт.

Неможливо створити ідеальний захист від прямих ударів блискавки, що повністю виключає прориви на об'єкт, що захищається. Однак на практиці можна здійснити взаємне розташування об'єкта і блискавковідводу, що забезпечує низьку ймовірність прориву, наприклад 0,1 і 0,01, що відповідає зменшенню числа уражень об'єкта приблизно в 10 і 100 разів у порівнянні з незахищеним об'єктом. Для більшості сучасних об'єктів за таких рівнів захисту забезпечується мала кількість проривів за весь термін їхньої служби.

Підхід до нормування заземлювачів блискавкозахисту

Одним з ефективних способів обмеження грозових перенапруг у ланцюгу блискавковідводів, а також на металевих конструкціях та обладнанні об'єкта є забезпечення низьких опорів заземлювачів. Тому при виборі блискавкозахисту нормування підлягає опір заземлювача або інші його характеристики, пов'язані з опором.

Для зовнішніх установок максимально допустимий імпульсний опір заземлювачів прийнято рівним 50 Ом.

В даний час поширеними та рекомендованими конструкціями заземлювачів є залізобетонні фундаменти. До них пред'являється додаткова вимога - виключення механічних руйнувань бетону під час розтікання через фундамент струмів блискавки. Залізобетонні конструкції витримують великі щільності струмів блискавки, що розтікаються по арматурі, що пов'язано з короткочасністю цього розтікання. Поодинокі залізобетонні фундаменти (палі довжиною не менше 5 або підніжники довжиною не менше 2 м) здатні без руйнування витримувати струми блискавки до 100 кА. Для фундаментів великих розмірів з відповідно більшою поверхнею арматури небезпечна для руйнування бетону щільність струму малоймовірна за будь-яких можливих струмів блискавки.

Нормування параметрів заземлювачів за їх типовими конструкціями має ряд переваг: воно відповідає прийнятій у будівельній практиці уніфікації залізобетонних фундаментів з урахуванням їхнього повсюдного використання як природні заземлювачі; при виборі блискавкозахисту не потрібно виконувати розрахунки імпульсних опорів заземлювачів, що скорочує обсяг проектних робіт.

Загальні положення щодо влаштування блискавкозахисту

Пристрої блискавкозахисту (блискавковідводи) повинні включати блискавкоприймачі, що безпосередньо сприймають удар блискавки, струмовідводи і заземлювачі.

Стрижневі блискавкиповинні бути виготовлені зі сталі (круглої, смугової, кутової, трубчастої) будь-якої марки перетином не менше 200 мм 2 , довжиною не менше 500 мм і укріплені на опорі або безпосередньо на самому будинку або споруді, що захищається.

Тросові блискавкиповинні бути виготовлені із сталевих багатодротяних канатів перетином не менше 50 мм 2 .

Струмовідводи, що з'єднують блискавки всіх видів із заземлювачами, слід виконувати зі сталі. Їх розміри мають бути не менш наведеними нижче:

Зовні будівлі На повітрі У землі

Діаметр круглих струмовідводів та перемичок, мм 8 -

Діаметр круглих вертикальних (горизонтальних) електродів, мм - 16(14)

Перетин (товщина) прямокутних струмовідводів, мм 2 (мм) 50(4) 160(4)

Блискавкоприймальна сітка повинна бути виконана з оцинкованих сталевих провідників діаметром не менше 8 мм, укладена на неметалеву покрівлю будівлі зверху або під вогнетривкі або важко згорянні утеплювач або гідроізоляцію. Розмір осередків сітки має бути не більше 6x6 м. Сітка у вузлах має бути з'єднана зварюванням.

У будинках з покриттями металевими фермами або балками блискавкоприйнятну сітку на покрівлі не укладають. У цьому випадку несучі конструкції покриття повинні бути пов'язані струмовідведення зі сталевих стрижнів марки А1 діаметром 12 мм. Усі металеві деталі, розташовані на покрівлі (труби, вентиляційні пристрої, водостічні лійки тощо) повинні бути з'єднані з блискавкоприймальною сіткою блискавковідводами. На неметалічних частинах будівель, що піднімаються, слід додатково укласти металеву сітку і з'єднати її за допомогою зварювання з блискавкоприймальною сіткою на покрівлі.

При прокладанні блискавкоприймальної сітки та установці блискавковідводів слід використовувати на об'єкті, що захищається всюди, де це можливо, як струмовідведення металеві конструкції будівель і споруд (колони, ферми, рами, пожежні сходи тощо, а також арматуру залізобетонних конструкцій) за умови забезпечення безперервного електричного зв'язку в з'єднаннях конструкцій та арматури з блискавкоприймачами та заземлювачами, що виконуються, як правило, зварюванням

Як заземлювачів блискавкозахисту допускається використовувати всі рекомендовані ПУЕ заземлювачі електроустановок, за винятком нульових проводів повітряних ліній електропередачі напругою до 1 кВ.

Залізобетонні фундаменти будівель, споруд, зовнішніх установок, опор блискавковідводів слід, як правило, використовувати як заземлювачів блискавкозахисту за умови забезпечення безперервного електричного зв'язку з їхньої арматури та приєднання її до закладних деталей за допомогою зварювання.

Бітумні та бітумно-латексні покриття не є перешкодою для такого використання фундаментів. У середньо- та сильноагресивних ґрунтах, де захист залізобетону від корозії виконується епоксидними та іншими полімерними покриттями, а також при вологості ґрунту менше 3% використовувати фундаменти як заземлювачі не допускається.

Штучні заземлювачі слід розташовувати під асфальтовим покриттям або в місцях, що рідко відвідуваються (на газонах, у віддаленні на 5 м і більше від ґрунтових проїжджих і пішохідних доріг тощо).

Вирівнювання потенціалів усередині будівель та споруд шириною понад 100 м повинні відбуватися за рахунок безперервного електричного зв'язку між несучими внутрішньоцеховими конструкціями та залізобетонними фундаментами, якщо останні можуть бути використані як заземлювачі. В іншому випадку повинна бути забезпечена прокладка всередині будівлі в землі на глибині не менше ніж 0,5 м протяжних горизонтальних електродів перерізом не менше ніж 100 мм 2 . Електроди слід прокладати не рідше ніж через 60 м по ширині будівлі і приєднувати по його торцях з двох сторін до зовнішнього контуру заземлення.

На відкритих майданчиках, що часто відвідуваються, з підвищеною небезпекою ураження блискавкою (поблизу монументів, телевеж і подібних споруд висотою понад 100 м) вирівнювання потенціалу виконується приєднанням тоководів або арматури споруди до його залізобетонного фундаменту не рідше ніж через 25 м по периметру основи споруди.

При неможливості використання залізобетонних фундаментів як заземлювачів під асфальтовим покриттям майданчика на глибині не менше 0,5 м через кожні 25 м повинні бути прокладені горизонтальні електроди, що радіально розходяться, перетином не менше 100 мм 2 і довжиною 2-3 м, приєднані до заземлювачів захисту споруди від прямі удари блискавки.

При зведенні в грозовий період високих будівель та споруд на них у ході будівництва, починаючи з висоти 20 м, необхідно передбачати наступні тимчасові заходи щодо захисту від блискавки. На верхній відмітці об'єкта, що будується, повинні бути закріплені блискавкоприймачі, які через металеві конструкції або вільно спускаються вздовж стін струмовідводи слід приєднувати до заземлювачів, зазначених у пп. 3.7 та 3.8 РД. У зону захисту типу Б блискавковідводів повинні входити всі зовнішні майданчики, де під час будівництва можуть бути люди. З'єднання елементів блискавкозахисту можуть бути звареними або болтовими. У міру збільшення висоти об'єкта, що будується, блискавкоприймачі слід переносити вище.

Пристрої та заходи щодо блискавкозахисту, що відповідають вимогам цих норм, повинні бути закладені у проект та графік будівництва або реконструкції будівлі таким чином, щоб виконання блискавкозахисту відбувалося одночасно з основними будівельно-монтажними роботами.

Пристрої блискавкозахисту будівель та споруд повинні бути прийняті та введені в експлуатацію до початку оздоблювальних робіт, а за наявності вибухонебезпечних зон – до початку комплексного випробування технологічного обладнання.

При цьому оформляється і передається замовнику скоригована При будівництві та монтажі проектна документація з влаштування блискавкозахисту (креслення та пояснювальна записка) та акти приймання пристроїв блискавкозахисту, в тому числі акти на приховані роботи з приєднання заземлювачів до струмовідводів та струмовідводів до блискавкоприймачів каркаса будівлі в якості струмовідводів і блискавкоприймачів, а також результати вимірів опорів струму промислової частоти заземлювачів блискавковідводів, що окремо стоять.

Перевірка стану пристроїв блискавкозахисту повинна проводитися для будівель та споруд I та II категорій 1 раз на рік перед початком грозового сезону, для будівель та споруд Ш категорії – не рідше 1 разу на 3 роки.

Перевірці підлягають цілість і захищеність від корозії Доступних огляду частин блискавкоприймачів і струмовідводів і контактів між ними, а також значення опору струму промислової частоти заземлювачів блискавковідводів, що окремо стоять. Це значення не повинно перевищувати результатів відповідних вимірів на стадії приймання більш ніж у 5 разів. Інакше слід проводити ревізію заземлювача.

Залежно від конкретних умов можливі різні варіанти (або їх комбінації) блискавкозахисту. Найпростіше обладнати системою блискавкозахисту будинку з металевою покрівлею. Для цього достатньо підвести до двох протилежних схилів даху струмовідведення і з'єднати їх із заземлювачами (наприклад, водопровідною трубою). Як струмовідведення можна використовувати водостічні труби, зануливши їх у разі потреби за допомогою вертикального або горизонтального заземлювача.

Будівлю з не металевою покрівлею можна обладнати тросовою системою блискавкозахисту у вигляді натягнутого вздовж ковзана даху сталевого дроту діаметром 5-6 мм з блискавкоприймачами, розташованими вище найвищої точки будови або її елементів. Дріт із зазором 250 мм від коника даху натягують між дерев'яними стійками, встановленими на фронтонах, якщо вона розташована вище за інші елементи будови (наприклад, димохідної труби), то в цьому випадку її можна вважати блискавкоприймачем.

Тросова система блискавкозахисту:

а - загальний вигляд; б - кріплення "вилки" на трубі; в - правильне розташування тросового блискавкоприймача; 1 - стрижневий блискавкоприймач; 2 - тросовий блискавкоприймач; 3 – стійки;

4 - вимощення; 5 - заземлювач; 6 – зона зволоження; 7 – пішохідна доріжка; 8 - струмовідвід