Следующая страница>>

§ 7. Молниезащита. Виды молниеотводов и их защитные зоны: стержневой одиночный, стержневой двойной, антенный.

Во время грозы разряды атмосферного электричества, имеющего напряжение до 150000000 В и силу тока до 200000 А, способны вызвать взрывы, загорания и разрушения наземных объектов. В целях обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от электрических, тепловых и механических воздействий молнии выполняется молниезащита.

Молниезащита представляет собой комплекс защитных устройств, предусмотренных СН 305-77. Нормами установлены три категории устройств молниезащиты в зависимости от взрывной и пожарной опасности, вместимости, огнестойкости и назначения защищаемых объектов, а также с учетом средней грозовой деятельности в год в географическом районе расположения объекта.

Объекты I и II категорий защищают от прямых ударов молнии, от электростатической и электромагнитной индукции, от заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические коммуникации.

Объекты III категории защищают от прямых ударов молний и от заноса высоких потенциалов через надземные металлические коммуникации, а установки с корпусами из железобетона или синтетических материалов и плавающие крыши - и от электростатической индукции.

Наиболее опасен прямой удар молнии, когда возникает непосредственный контакт молнии с объектом, сопровождающийся протеканием через него тока молнии. Защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии осуществляется молниеотводами, воспринимающими молнию и отводящими ее ток в землю.

Защитное действие молниеотвода основано на том, что молния поражает наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Следовательно, сооружение не будет поражено молнией, если оно находится в зоне защиты молниеотвода. Зона защиты молниеотвода - часть пространства, примыкающая к молниеотводу, которая обеспечивает защиту сооружения от прямых ударов молнии с достаточной степенью надежности (99%).

Быстрые изменения тока молнии порождают электромагнитную индукцию - наведение потенциалов в незамкнутых металлических контурах, создающее опасность искрения в местах сближения этих контуров. Это называется вторичным проявлением молнии.

Возможен также занос наведенных молнией высоких электрических потенциалов в защищаемое здание по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям.

Защита от электростатической индукции достигается путем присоединения металлических корпусов электрооборудования к защитному заземлению или к специальному заземлителю.

Для защиты от заноса высоких потенциалов подземные металлические коммуникации при вводе в защищаемый объект присоединяют к заземлителям защиты от электростатической индукции или электрооборудования.

Молниеотводы состоят из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Существует два типа молниеотводов: стержневой и тросовый. Они могут быть отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания или сооружения (рис. 86, а-в).

Рис. 86. Виды молниеотводов и их защитные зоны :

а - стержневой одиночный; б - стержневой двойной; в - антенный; 1 - молниеприемник; 2 - токоотвод, 3 - заземление

Стержневые молниеотводы представляют собой один, два или больше вертикальных стержней, устанавливаемых на защищаемом сооружении или вблизи него. Тросовые молниеотводы - один или два горизонтальных троса, каждый закрепленный на двух опорах, по которым прокладывают токоотвод, присоединенный к отдельному заземлителю; опоры тросового молниеотвода устанавливают на защищаемом объекте или вблизи него. В качестве молниеприемников используют круглые стальные стержни, трубы, стальной оцинкованный трос и др. Токоотводы выполняют из стали любой марки и профиля сечением не менее 35 мм 2 . Все части молниеприемников и токоотводов соединяют сваркой.

Заземлители бывают поверхностные, углубленные и комбинированные, изготовленные из стали различного сечения или труб. Поверхностные заземлители (полосовые, горизонтальные) укладывают на глубине 1 м и более от поверхности земли в виде одного или нескольких лучей длиной до 30 м. Углубленные заземлители (стержневые вертикальные) длиной 2-3 м забивают в грунт на глубину 0,7-0,8 м (от верхнего конца заземлителя до поверхности земли).

Сопротивление заземлителя для каждого отдельно стоящего молниеотвода не должно превышать для молниезащиты зданий и сооружений I и II категорий - 10 Ом и III категории - 20 Ом.

Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой удар молнии. Поэтому он должен надежно противостоять механическим и тепловым воздействиям тока и высокотемпературного канала молнии. Несущая конструкция несет на себе молниеприемник и токоотвод, объединяет все элементы молниеотвода в единую, жесткую, механически прочную конструкцию. В электроустановках молниеотводы устанавливаются вблизи токоведущих частей, находящихся под рабочим напряжением. Падение молниеотвода на токоведущие элементы электроустановки вызывает тяжелую аварию. Поэтому несущая конструкция молниеотвода должна иметь высокую механическую прочность, которая исключила бы в эксплуатации случаи падения молниеотвода на оборудование электростанций и подстанций. Молниеотвод должен иметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом растеканию импульсного тока. Защитное свойство стержневых молниеотводов заключается в том, что они ориентируют на себя лидер формирующегося грозового разряда. Разряд происходит обязательно в вершину молниеотвода, если он формируется в некоторой области, расположенной над молниеотводом. Эта область имеет вид расширяющегося вверх конуса и называется зоной 100%-го поражения.

Опытными данными установлено, что высота ориентировки молнии H зависит от высоты молниеотвода h. Для молниеотводов высотой до 30 метров:

а для молниеотводов высотой более 30 метров H=600 м.

где - активная часть молниеотвода, соответствующая его превышению над высотой защищаемого объекта:

Рисунок 1.1 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 - граница зоны защиты; 2 - сечение зоны защиты на уровне.

Для расчёта радиуса защиты в любой точке защитной зоны, в том числе и на уровне высоты защищаемого объекта, используется формула:

где - поправочный коэффициент, равный 1 для молниеотводов высотой меньше 30 метров и равный для более высоких молниеотводов.

Зоны защиты протяженных объектов в которых используется несколько молниеотводов, целесообразно, чтобы зоны их 100%-го поражения смыкались над объектом или даже перекрывали друг друга, исключая вертикальный прорыв молнии на объект защиты Расстояние (S) между осями молниеотводов должно быть равно или меньше величины, определяемой из зависимости:

Зона защиты двух и четырёх стержневых молниеотводов в плане на уровне высоты защищаемого объекта имеет очертания, приведённые на рисунке 1.3, а, б.

Наименьшая ширина зоны защиты, показанный на чертеже радиус защиты определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, а определяется по специальным кривым. На рисунке 1.2 показаны конструкции стержневых молниеотводов. Если у молниеотводах высотой до 30 метров, расположенных на расстоянии, наименьшая ширина зоны защиты равна нулю.

Рисунок 1.2 Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных опорах: а -из вибрированного бетона; б - центрифугированного бетона

Рисунок 1.3 Стержневые молниеотводы на металлических опорах: а - тросовый молниеотвод (несущая конструкция); б - стержневой молниеотвод (несущая конструкция)

На рисунке 1.3 показаны конструкции стержневых молниеотводов на металлических опорах. Радиусы защиты определяются в этом случае так же, как и для одиночных молниеотводов. Размер определяется по кривым для каждой пары молниеотводов. Диагональ четырёхугольника или диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, образованного тремя молниеотводами, по условиям защищённости всей площади должны удовлетворять зависимости:

Для молниеотводов высотой меньше 30 м:

Для молниеотводов высотой более 30 м:

Отдельно стоящие стержневые молниеотводы с металлическими опорами устанавливаются на железобетонных фундаментах. Токоотводамп для таких молниеотводов служат несущие конструкции. На металлических и железобетонных конструкциях ОРУ, как правило, устанавливаются молниеотводы с металлическими несущими частями. Конструкция их крепления определяется особенностями той конструкции ОРУ, к которой крепится стержневой молниеотвод. Обычно конструкция молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, представляет собой стальную трубу, нередко состоящую из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решетчатую конструкцию из угловой стали. Потенциал на молниеотводе в момент разряда определяется зависимостью:

где - импульсное сопротивление заземления молниеотвода 5-25 Ом;

Ток молнии в хорошо заземлённом объекте.

Потенциал на молниеотводе определяется:

где - крутизна фронта волны тока;

• - точка молниеотвода на высоте объекта;
• - удельная индуктивность молниеотвода.

Для расчёта минимального допустимого приближения объекта к молниеотводу можно исходить из зависимости:

где - допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая 500 кВ/м.

Руководящие указания по защите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода принимать равным:

Эта зависимость справедлива при токе молнии, равным 150 кА, крутизне тока 32 кА/мксек и индуктивности молниеотвода 1,5 мкГн/м. Независимо от результатов расчёта, расстояние между объектом и молниеотводом должно быть не менее 6 метров.

Тросовый молниеотвод. Значения коэффициентов k и z берутся в зависимости от допускаемой вероятности прорыва молнии в зону защиты. Вероятность прорыва молнии в зону защиты равна отношению числа разрядов молнии в защищаемое сооружение к общему числу разрядов молнии в молниеотвод и защищаемое сооружение. Если допускается вероятность прорыва молнии в зону защиты 0,01, то коэффициент 1, а при допускаемой вероятности 0,001, т. е. защитные зоны тросовых молниеотводов несколько меньше защитных зон стержневых молниеотводов. Форма зоны защиты двух параллельных тросовых молниеотводов высотой до 30 м. Внешние границы зоны защиты каждого троса определяются так же, как и для одиночного тросового молниеотвода. В зависимости от конструкции опор, могут быть применены один или два троса, наглухо присоединённые к металлической опоре или к заземляющим металлическим спускам деревянных опор. Для предохранения троса от пережога током молнии и контроля заземления опоры крепления троса производится с помощью одного подвесного изолятора, шунтированного искровым промежутком. Эффективность тросовой защиты тем выше, чем меньше угол, образованный вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним из проводов. Этот угол называют защитным углом, принимая его величину в пределах

Зона защиты двух тросовых молниеотводов высотой более 30 м. Метод построения зоны защиты для этого случая такой же, как и для тросовых молниеотводов высотой до 30 м, но на расстоянии от вершины зона усекается так же, как у одиночных тросовых молниеотводов. Ширина защитной зоны, исключающей прямое поражение проводов на уровне высоты их подвеса, определяется зависимостью:

Эта зависимость справедлива для высоты подвеса троса 30 м и ниже.

Молниезащита сельской индивидуальной малоэтажной застройки в соответствии с широко распространенным опытом должна осуществляться при помощи молниеприемников на крышах домов или на высоких деревьях, высота которых в 2-2,5 раза выше домов застройки. Эти рекомендации исходят из того, что сооружение предлагаемых молниеотводов не потребует значительных материальных затрат, при этом забывая, что кровля стоит больших денег и требует бережного к ней отношения, а установка молниеприемников на деревьях на высоте 15- 20 м не может быть рекомендована по соображениям техники безопасности.
Подавляющее большинство строений в сельской местности покрыты шифером, дранкой или соломой, не допускающими без опасности их повреждения установки молниезищитных устройств. И только строения, покрытые металлом, могут быть оборудованы такими молниеприемниками.

В качестве универсального молниезащитного устройства может быть предложен одиночный стержневой молниеотвод с заземляющим устройством, представленный на рис. 2.

Преимуществом одиночного стержневого молниеотвода является его универсальность, возможность путем выбора соответствующего места защитить значительные площади с несколькими строениями, а также долговечность, простота обслуживания и т.д.

Цель нашей статьи - не только ознакомить читателей с методикой расчета молниеотводов, но и предложить конструкцию, на основе которой можно спроектировать и построить молниеотвод меньшей высоты. Для изготовления молниеотвода могут быть использовны бывшие в употреблении трубы, швеллеры и уголки.

Изготовление молниеотвода доступно тем, кто способен выполнять простейшие слесарные работы: резку металла, в том числе и абразивным кругом, сверление, опиловку и т.п. Сварочные работы должны выполняться сварщиком или тем, кто имеет опыт сварочных работ. Подъем мачты рассчитан на то, что эта операция будет производиться без использования специальных машин силами 3-4 человек. Как следует из рис. 2, молниеприемник и молниеотвод должны крепиться на мачте, высота которой зависит от размеров зоны защиты молниеотвода.
На рис. 8 представлена конструкция молниеотводов, выполненная из металла, в силу чего она может быть использована и как молниеприемник и как молниеотвод.

Представленный молниеотвод состоит из узлов мачты и основания, соединенных между собой осью. На оси узел мачты, находящийся при изготовлении в горизонтальном положении, поворачивают и устанавливают в вертикальное положение. Такая конструкция позволяет избежать работ на высоте и дает возможность производить осмотр, окраску и ремонт мачты в более удобном горизонтальном (опущенном) положении.

Для предотвращения раскачивания мачты под действием ветров ее укрепляют с помощью трех растяжек.

Узел мачты представляет собой платформу, к которой приваривают мачту, состоящую из 5 труб (рис. 8, дет. 1-5), соединенных сваркой. Узел основания состоит из платформы, аналогичной платформе узла мачты, но сваренной в зеркальном отражении (то есть полки однозначных деталей должны быть обращены навстречу друг другу), как это показано на рис. 8.

Рис. 8. Конструкция металлического одиночного молниеотвода (номер, название, сортамент, размеры и количество заготовок). Узел мачты:
1 - труба Ду20, L=3,15 м, кол. 1 шт.;
2 - труба Ду25, L=3,15 м, кол. 1 шт.;
3 - труба Ду32, L=4,15 м, кол. 1 шт.;
4 - труба Ду40, L=5,15 м, кол. 1 шт.;
5 - труба Ду50, L=5,00 м, кол. 1 шт.;
6 и 16 - швеллер № 12, L=600 мм, кол. 2 шт.;
7 и 17 - швеллер № 12, l_=240 мм, кол. 4 шт.;
8 - косынка, лист толщ. 4 мм, треуг. 800x200 мм, кол. 3 шт.;
9 - полупетля: уголок 50x50 мм, L-170 мм, кол. 2 шт.;
10 - болты М12, кол. 6 шт.;
11 - прокладки, лист толщ. 1 мм, кол. 6 шт.;
12 - ось, круг (16 мм, L=700 мм, кол. 1 шт.;
13 - угольник стопорящий, уголок 50x50,
Ц=220 мм, кол. 1 шт.;
14 - болты М12, кол. 2 шт.;
15 - прокладки, лист толщ. 1 мм, кол. 6 шт.
Неподвижный узел:
18 - кронштейн, уголок 50x50 мм, 1_=180 мм, кол. 2 шт.;
19 - полупетля, уголок 50x50 мм, 1_=180 мм,
кол. 2 шт.;
20 - нога, труба ДуЮО, длина определяется
расчетом, кол. 3 шт.;
21 - пластина, лист толщ. 4 мм, 250x250 мм,
кол. 3 шт.;
22 - технологическая мачта, труба Ду50,
L=4500 мм, кол. 1 шт.;
23 - стремянка, круг Ф12, 1_=210 мм, кол. 2 шт.;
24 - растяжка, кол. 3 шт.;
25 - труба Ду32, 1_=120 мм, кол. 1 шт.;
26 - звенья цепи, кол. 3 шт.;
27 - пластина, кол. 1 шт.;
28 - упоры, кол. 3 шт.;
29 - фигурная шайба, кол. 3 шт.;
30 - швеллеры якоря (швеллер № 12, 1_=1500 мм, кол. 4 шт.; L=600 мм, кол. 4 шт.)

К платформе с нижней стороны приваривают три ноги, к нижней части которых также приваривают пластины. Длина ног зависит от глубины промерзания почвы и вычисляется по формулам, приведенным на рис. 11. Угольник 13 служит для стопорения поднятой мачты. Стопорение производят с помощью двух болтов Ml2, стягивающих угольник 13 с дет. 18, принадлежащей узлу основания.

Для регулировки положения мачты в поднятом состоянии предусматриваются прокладки. Под каждой из полупетель 9 и под болтами угольника 13 устанавливают пакет прокладок толщиной 3 мм. Форма прокладок должна обеспечивать возможность их удаления без снятия полупетель 9 и угольника 13.
Примерная форма прокладок представлена на рис. 8, дет. 11 и 15.

После изготовления деталей молниеотвода необходимо произвести сборку узла мачты и узла основания. Сборку узла мачты начинают со сборки самой мачты.
Последнее звено мачты (дет. 5) изготовлено из газоводопроводной трубы Ду50 (2") с внутренним диаметром 53 мм. В нее должна вставляться дет. 4 - труба Ду40 (1 1/2") с наружным диаметром 48 мм. Зазор между трубами составляет 5 мм или 2,5 мм на сторону. Для центрирования труб необходимо к концу трубы дет. 4 прихватить сваркой четыре предварительно подогнутые пластины толщиной 2,5 мм, длиной 150 мм, разведенные между собой на равные расстояния. После опиловки (если в этом возникнет потребность) вставить обработанный конец трубы 4 в трубу 5 на глубину 150 мм. На ровной достаточно твердой площадке (например, дорожке) уложить соединенные трубы дет. 4 и дет. 5 и с помощью подкладок выставить их в горизонт, после чего сделать первую прихватку. Повернув трубы на 180°, вновь выставив их в горизонт, делаем вторую прихватку. Повторяем операцию, повернув сваренные трубы на 90°.

Производим проверку - трубы, повернутые под любым углом, должны сохранять параллельность. Убедившись, что сваренные трубы соосны,. окончательно обвариваем стык. Через ранее просверленные в трубе дет. 5 четыре отверстия диаметром 10 мм, расположенные в 120 мм от свариваемого стыка, сварить дет. 4 и 5, как это показано на рис. 8. Отличительной особенностью соединения дет. 4 с дет. 3 является то, что наружный диаметр дет. 3, равный 42,3 мм, будет больше внутреннего диаметра трубы дет. 4-41 мм. Излишний металл с дет. 3 удаляют при помощи напильника. Соединение дет. 3 и 2 проводят аналогично соединению дет. 4 и дет. 5, а соединение дет. 1 и 2 должно производиться без предварительной обработки. На этом сборку мачты заканчивают. Собранную мачту необходимо уложить на козлы с опорой на диаметры 2" и 1 1/2", как это показано на рис. 9-1.

Следующим этапом работы является изготовление платформ узлов мачты и основания. Платформы сварены из деталей 6 и 7, 16 и 17. На верхнюю часть платформы узла мачты в дальнейшем приваривают мачту, в силу чего сваренные детали должны образовать правильную плоскость. Детали платформы целесообразно сваривать на плоском металлическом листе. Во избежание сварочных деформаций детали 6 и 7 должны быть предварительно прихвачены с обеих сторон, в случае необходимости отрихтованы и только после этого обварены.

Для сборки платформ узлов мачт и основания необходимо платформу узла основания установить на верстак, затем размешают прокладки толщиной 3-4 мм и далее - платформу узла мачты. Потом собираем на болтах детали, образующие узел поворота и стопо рения платформ (рис. 8, дет. 9-15 и 18, 19). Проверяем возможность поворота и стопорения платформ узлов мачты и основания, после чего детали, закрепленные болтами на платформах, обвариваем. Для окончательной сборки к платформе узла основания приваривают ноги, к которым ранее были приварены пластины (рис. 8, дет. 20 и 21).

Для того чтобы мачта стояла строго вертикально, необходимо, чтобы верхняя плоскость платформы узла мачты, присоединенная к платформе узла основания и застопоренная болтами дет. 14, после установки и бетонирования должна быть в строго горизонтальном положении. Глубина котлована под установку узла основания зависит от глубины промерзания грунта. Формулы для определения глубины котлована представлены на рис. II.

Для установки узла основания необходимо выкопать котлован, глубина которого должна быть больше глубины промерзания.

Рис. 9. Этапы сборки молниеотвода

Это необходимо для того, чтобы во время замерзания и оттаивания грунта пучение не могло изменить вертикального положения мачты. В том случае, если грунты не подвергаются пучению (например, в случае водоненасышенных песчаных грунтов), глубина ямы может быть уменьшена до 1000 мм. Дно ямы должно иметь диаметр не менее 700 мм. На дно ямы укладывают слой бетона толщиной 150 мм. По истечении двух суток устанавливают узел основания в сборе с платформой узла мачты, размещают с помощью подкладок под ноги верхнюю плоскость платформы узла мачты в горизонт и фиксируют раствором положение узла основания, оставив в таком положении еще на трое суток. По истечении этого срока проверяют положение верхней плоскости платформы подвижного узла. Если оно не изменилось, заливают второй слой бетона толщиной 150 мм.

Такая фундаментальная заделка ног необходима для того, чтобы предотвратить возможность «выталкивания» ног, которое возможно даже в песчаных грунтах, так как вес всей конструкции не превышает 160 кг. По истечении 7-8 дней часть конструкции узла основания, выступающая над бетонной заливкой, должна быть покрыта двумя слоями битумной мастики, и после ее высыхания яму заполняют грунтом с утрамбовкой и сооружением отмостки, как это показано на рис. 10-III.

Приварка мачты к платформе является одной из наиболее ответственных операций, исправление которой практически невозможно.

К платформе (в месте приварки мачты) необходимо приварить муфту Ду-50. Приваренная муфта может обеспечить только положение мачты и ее удержание, но не обеспечивает ее перпендикулярность по отношению к платформе. Для обеспечения перпендикулярности необходимо, чтобы прямой уголок привариваемых косынок был проверен по слесарному угольнику и в случае необходимости доработан.

На мачту, уложенную на козлы, наворачивают платформу, мачту выставляют в горизонт, в угольнике освобождают место под приваренную муфту и закрепляют его на прихватках. Уровнем проверяют перпендикулярность платформы и мачты. Мачту с прихваченной платформой поворачивают на 180° и, убедившись, что перпендикулярность не нарушена, делают прихватку. Аналогичным образом устанавливают остальные косынки, после чего весь узел обваривают (рис. 9-1, 9-2, 9-3).

Рис. 10. Подъем и закрепление молниеотвода

Для соединения на петле узлов мачты и основания необходимо узел мачты подвесить на гаражной лебедке, как это показано на рис. 9-4, совместить отверстия и вставить ось (рис. 8, дет. 12).

Для подъема мачты необходима дополнительная съемная монтажная мачта. В качестве монтажной мачты используется труба Ду-50 (рис. 8, дет. 22). Длина выступающей части мачты за габариты платформы равна 4 м. Монтажную мачту к платформе крепят двумя стремянками (рис. 8, дет. 23), изготовленными из круглой стали диаметром 10 мм.

Монтаж одиночного стержневого молниеотвода содержит следующие технологические операции: подвешивание растяжек, подъем мачты и фиксирование ее в вертикальном положении, закрепление растяжек на якорях, натяжение растяжек и присоединение токоподвода от заземлителя к узлу мачты.
Верхние концы растяжек (рис. 8, дет. 24) крепят к кольцу с крючками, состоящему из трубы Ду-32 (дет. 25) с приваренными к ней тремя звеньями цепи, у которых срезаны с одной стороны закругленные части (дет. 26). Для предотвращения разгиба приваренных звеньев, сверху накладывают пластину (дет. 27), положение которой фиксируют тремя упорами (дет. 28).

К нижним концам растяжек приваривают шпильки с резьбой Ml2. Длина нарезанной части шпилек равна 150-200 мм. Шпильки пропускают через отверстия в швеллерах якоря (дет. 30). Для предотвращения деформации шпилек под гайку под-кладывают фигурные шайбы, изготовленные из трубы Ду-15 (дет. 29).
Якорь состоит из швеллера (дет. 30) любого номера, но желательно не менее № 10, и приваренной к нему поперечины того же профиля, длина которой 0,6-0,8 м. Для установки якоря необходимо отрыть котлован на глубину 0,5 м, забить швеллер, как это показано на рис. 8, после чего засыпать котлован грунтом с утрамбовкой последнего.
Вес растяжек при определении сил, действующих во время подъема, не учитывался ввиду его малой величины.

По окончании подъема и установки мачты в строго вертикальном положении, растяжки присоединяют к якорям и натягивают. Натяжение растяжек должно быть одновременным и равномерным, о чем можно судить по величине провиса каждой из них. В окончательном виде растяжки должны иметь небольшой, но одинаковый провис, что свидетельствует о равномерности натяга.

Подъем мачты производят с помощью лебедки, установленной в 15 м от молниеотвода и закрепленной на якоре, как это показано на рис. 10. Конструкция якоря с исполнительными размерами представлена на рис. 10-I. Учитывая, что якорь может быть использован в дальнейшем, например, при прокрашивании мачты, которое должно проводиться один раз в 3-5 лет, его сохраняют столько времени, сколько будет эксплуатироваться молниеотвод. Поэтому якорь нужно сооружать из металла, окрашивать битумной мастикой, что позволяет ему длительное время не терять прочности. Предлагаемая конструкция якоря этим требованиям отвечает.

Общая длина гибкой связи между лебедкой и мачтой составляет около 26 м, из которых во время подъема на барабан лебедки будет наматываться только 8 м троса. Из этого следует, что могут быть использованы строительные лебедки или ручные червячные детали, рассчитанные на высоту подъема 9 или 12 м. Из рис. 10 видно, что часть гибкой связи может быть выполнена не тросом, а звеном из проволоки, которое будет постоянно закреплено на мачте. При вертикальном положении мачты, нижнее кольцо звена будет находиться в двух метрах от земли, что облегчит отсоединение и присоединение троса.
Звено из проволоки представлено на рис. 10-V и 10-VI.

Можно использовать любой стальной трос, диаметр которого не менее 8 мм. Петли на тросе образуют с помощью зажимов, представленных на рис. 10-IV.
Количество зажимов при образовании петли должно быть не менее трех. Перед подъемом мачту устанавливают в наклонном положении, для чего необходимо на расстоянии 8 м от петли установить козел высотой в 1,75 м. В этом положении мачта будет находиться под углом 10° к горизонту.
Для определения правильности выбора параметров силовых элементов конструкции (троса, лебедки, оси, петель и др.) необходимо знать величины сил, действующих на эти элементы конструкции во время подъема мачты. С этой целью на рис. 10 представлено два положения мачты: в первоначальный момент подъема, когда мачта наклонена к горизонту под углом 10°, и в последующий, когда мачта поднята к горизонту под углом в 60°.

Сила натяжения троса Т будет распределяться на силу, действующую вдоль мачты М, и силу П, поднимающую мачту (направлена перпендикулярно к мачте).
Указанные силы, а также сила веса отдельных элементов конструкции, измеряются килограммами. Для определения этих сил произведем следующие вычисления.

Мачта состоит из пяти труб (рис. 8, дет. 1-5), каждая из которых имеет свой вес. Определим вес каждой детали мачты. В таблице 9 в колонках 2, 3, 4 и 5 представлен подсчет веса каждой детали, входящей в мачту. Длина каждой детали мачты указана на рис. 8, а вес одного погонного метра взят из справочников.

Промышленность выпускает трубы с различной толщиной стенки, рассчитанной на работу под разным давлением: легкие, обыкновенные и усиленные. Наиболее распространенными являются обыкновенные, вес которых и использован в расчетах. Точкой приложения силы веса каждой из рассмотренных деталей является центр ее симметрии - середина детали, а направление силы - вертикально вниз.

Сумма моментов сил, приложенных в направлении по часовой стрелке, складывается из произведений силы веса деталей на расстояние (плечо) от точки приложения силы до оси вращения.

Пример 5. Деталь мачты 5 имеет длину 5 м. Вес одного метра трубы - 4,38 кг. Вес всей трубы равен 4,38 х5 = 21,9 кг.

Точка приложения веса находится в середине трубы, то есть на расстоянии 2,5 м от оси вращения. Момент, образованный силой тяжести, равен 21,9 кг х 2,5 м = 54,75 кгм.

При подъеме мачты на 10° расстояние от оси вращения стало не 2,5, а 2,4 м и момент стал 21,9 кг х 2,4 м = 52,56 кгм. При подъеме мачты на 60° расстояние от оси вращения до центра тяжести стало 1,3 м и момент стал равен 21,9 кг х 1,3 м = 28,47 кгм. Моменты, образованные этой силой, направлены по часовой стрелке.

В колонках 6 и 7 таблицы 9 имеются подсчеты каждого из моментов, образуемых деталями мачты при ее наклоне на 10°, а в конце колонки 7 суммирован итог, равный 563,4 кгм.

В колонках 8 и 9 имеются аналогичные подсчеты каждого из моментов, образуемых деталями мачты при ее наклоне на 60°, а в конце колонки 9 суммирован итог, равный 288,07 кгм.

Подъем мачты производят, натягивая трос. Для того чтобы мачта пришла в движение (обозначим этим начало подъема), необходимо создать такое натяжение троса, чтобы момент, образуемый весом мачты, был меньше момента, создаваемого натяжением троса.

Определим силы П, Т и М в начале подъема, то есть при наклоне мачты на угол 10°.

Учитывая, что трос закреплен на расстоянии 10 м от оси вращения, сила, которая должна создать момент, равный 565,4 кгм, должна быть приложена в месте закрепления троса, направлена против движения часовой стрелки, перпендикулярно к мачте и равна П = 563,4 кгм: 10 м = 56,3 кг.

Зная силу П по величине и направлению, а силы Т и М по направлению, с помощью графических построений можно определить величины последних сил. Точность, с которой будут определены эти силы, зависит от масштаба построения (производить его лучше на миллиметровке).

Построение графика, подобно изображенному на рис. 9, целесообразно проводить в масштабе один метр в натуре - два сантиметра на чертеже, а построения для нахождения сил Т и М в масштабе 5 кг - один сантиметр на чертеже.

Для нахождения сил Т и М необходимо отложить в масштабе силу П и из конца этой силы провести линию, параллельную осевой линии мачты, до пересечения с линией направления троса. А из точки пересечения восстановить перпендикуляр к осевой линии мачты. В полученном прямоугольнике необходимо измерить длину сил, направленных вдоль троса (Т) и вдоль мачты (М) и с учетом масштаба установить величины этих сил. В разбираемом примере сила натяжения троса Т равна 160 кг, а сила, действующая вдоль мачты М, равна 140 кг. Таким образом, сила, действующая на трос, лебедку и якорь, равна 160 кг, на ось и болты крепления петель - 140 кг. Но трос выдерживает более 1500 кг, лебедка - более 250 кг, якорь - 500 кг, а усилие среза одного болта М12 равно 1300 кг (то есть в конструкцию заложен значительный запас).

Рис. 11. Определение глубины котлована под фундамент и определение длины ног

Аналогичным образом можно определить направление и величины этих сил при подъеме мачты на 60°, однако из анализа данных таблицы 9 следует, что наибольшее натяжение троса возникает в первоначальный момент, в силу чего такой расчет не требуется.

Перед окончанием подъема во избежание удара в момент соприкосновения платформ мачту необходимо удерживать за растяжки.

Подняв мачту и не ослабляя троса, закрепляют платформу с помощью болтов (рис. 8, дет. 14). Если мачта имеет небольшой наклон, положение ее можно исправить с помощью регулировки прокладками (рис. 8, дет. 11, 15). Болты крепления при этом ослабляют, а прокладки только вынимают, после чего производят присоединение растяжек к якорям и их натяжение.

Токоотвод служит для соединения молниеприемника с заземлителями. Все соединения токоотвода должны быть сварными. Частью токоотвода будет являться мачта с платформой. К ней приваривают токоотвод, идущий от заземлителей.

Для того чтобы приварка токоотвода к узлу мачты не разрушалась во время неоднократных подъемов и опусканий последней, рядом с местом приварки должно быть сделано двойное кольцо, как это показано на рис. 10-III. Диаметр токоотвода должен быть не менее 6 мм.

Заземлитель (в соответствии с ранее приведенным расчетом) должен состоять из трех электродов диаметром 12 мм, длиной 5 м, расположенных в заземляющем устройстве в ряд на расстоянии 5 м один от другого. Для сооружения заземляющего устройства необходимо откопать траншею глубиной около метра и длиной немного более 10 м. Для более легкого погружения в грунт концы электроводов отковывают на четыре грани, подобно сапожному шилу. А если необходимо пройти через твердые грунты (например, слой известняка), нужно приварить изношенное сверло несколько большего диаметра. Погружение электрода в грунт производят несильными ударами при постоянном проворачивании. После погружения конец электрода на длине 100 мм отгибают и к нему приваривают горизонтальный соединительный стержень.

Рис. 12. Стержневой электрод заземления: 1 - стержень; 2 - забурник

Электроды также могут быть изготовлены в соответствии с рис. 12. Электроды этого типа вворачиваются в грунт с помощью забурника, приваренного к концу электрода. В процессе погружения происходит разрыхление грунта вокруг электрода, в силу чего контакт электрода с землею ухудшается.
Отличительной особенностью сооружения молниезащитного устройства на металлической крыше является то, что она используется как молниеприемник. Все выступающие элементы строения, расположенные выше металлической крыши, должны иметь собственные молниеприемники, соединенные с токоотводом.

Рис. 13. Токоприемник печной трубы: 1 - печная труба; 2 - крыша; 3 - токоприемник

Молниеприемник печной трубы представлен на рис. 13, телевизионная антенна, установленная на металлической мачте, должна иметь заземление (металлическую мачту присоединяют к токоотводу), а для предохранения радиоустройств следует устанавливать грозовые переключатели и искроразрядники. При приближении грозы следует прекратить прием и заземлить антенну. Металлическая крыша строения должна быть соединена с заземляющим устройством с помощью то-коотвода, который прокладывают по коньку крыши и крепят к ней через каждые 15 м. Крепление токоотвода к крыше дома представлено на рис. 14. Спуски токоотводов с крыши должны располагаться в таких местах, чтобы к ним не могли прикасаться люди (например, вдали от крыльца, прикрытые кустарником и т.д.).

Заземлитель, перед присоединением его к системе молниезашиты, должен быть испытан.

Рис. 14. Крепление токоотвода к металлической крыше: 1 - металлическая крыша; 2 и 3 - пластины крепления; 4 - болты

Для измерения сопротивления заземляющих устройств выпускаются специальные приборы: МС-08 и М-416. При отсутствии их можно измерить сопротивление при помощи амперметра и вольтметра. Схема измерения представлена на рис. 15.

Как следует из схемы, кроме испытуемого заземлительного устройства, обозначенного Rx, необходимо на расстоянии 40 м от него установить вспомогательный заземлитель RB и на таком же расстоянии зонд Кз- Рекомендованные расстояния нужны для исключения взаимного влияния их полей растекания. В качестве зонда можно использовать небольшой штырь. Сопротивление заземлительного устройства определяется по формуле:

Где
V - напряжение, измеренное вольтметром;
J - ток в цепи.

Точность измерения тем выше, чем больше сопротивление обмотки вольтметра в сравнении с сопротивлением зонда R3, поэтому рекомендуется применять электростатический вольтметр.

Рис. 15. Схема измерения сопротивления заземляющего устройства при помощи амперметра и вольтметра: 1 - понижающий трансформатор; 2 - вольтметр; 3 - амперметр; R3 - зонд, Rx- испытуемое заземляющее устройство, RB - вспомогательное заземляющее устройство

Причины загораний комплектующих элементов

1.4. Вероятностная оценка пожароопасных отказов в электротехнических устройствах

1.5. Пожарная опасность комплектующих элементов электротехнических устройств

Глава 2

Нормативная оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

Аналитическая оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

2.2. Классификация взрывоопасных смесей по группам и категориям

2.3. Взрывозащищенное электрооборудование Классификация взрывозащищенного электрооборудования

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка»

Электрооборудование взрывозащищенное с защитой вида «е» (повышенной надежности против взрыва)

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь»

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «масляное заполнение оболочки с токоведущими частями»

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением»

Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «кварцевое заполнение оболочки»

Электрооборудование взрывозащищенное со специальным видом взрывозащиты

2.4. Маркировка взрывозащищенного электрооборудования

2.5. Зарубежное взрывозащищенное электрооборудование

2.6. Особенности выбора, монтажа, эксплуатации и ремонта взрывозащищенного электрооборудования

2.7. Особенности выбора, монтажа и эксплуатации электрооборудования пожароопасных зон и помещений с нормальной средой

2.8. Контроль за противопожарным состоянием электроустановок

Глава 3 аппараты защиты в электроустановках

3.1. Плавкие предохранители Принцип устройства и работы плавких предохранителей

Защитная характеристика предохранителя

Способы улучшения защитных характеристик предохранителей

Типы плавких предохранителей для установок напряжением до 1000 в

3.2. Автоматические выключатели (автоматы)

Устройство и принцип работы небыстродействующих автоматов

Защитные характеристики автоматов

Типы установочных автоматов

3.3. Тепловые реле

3.4. Выбор аппаратов защиты

Требования к аппаратам защиты

Iср.Эл.М 1,25Iмакс;

Iкз (к) / Iн.Тепл 6;

Iкз (к) / Iн.Тепл 3.

Селективность (избирательность) действия аппаратов защиты

Выбор мест установки аппаратов защиты в зависимости от условий пожарной безопасности и технических условий

3.5. Устройство защитного отключения (узо)

Глава 4 пожарная безопасность и методы расчета электрических сетей

4.1. Нагрев проводников электрическим током

4.2. Допустимая нагрузка на проводники по нагреву

4.3. Пожарная опасность короткого замыкания в электрических сетях

4.4. Противопожарная защита электрических сетей при проектировании

Расчет сетей по условиям нагрева. Выбор аппаратов защиты

Расчет сетей по потере напряжения

4.5. Противопожарная защита электрических сетей при монтаже и эксплуатации

4.6. Профилактика пожаров на вводах электрических сетей в здания и сооружения объектов агропромышленного комплекса

Глава 5 электродвигатели, трансформаторы и аппараты управления

5.1. Общие сведения об электродвигателях

5.2. Аварийные пожароопасные режимы работы электродвигателей

5.3. Пожарная опасность трансформаторов

5.4. Снижение пожароопасности электроизоляции обмоток элетродвигателей и трансформаторов

5.5. Пожарная опасность электрических аппаратов управления

Глава 6 электроосветительные установки

6.2. Осветительные приборы и светильники

6.3. Системы и виды электрического освещения

6.4. Расчет электрического освещения

6.5. Пожарная опасность осветительных приборов

6.6. Профилактика пожаров от осветительных приборов

Глава 7 заземление и зануление в электроустановках напряжением до 1000 в

7.1. Опасность поражения электрическим током

7.2. Заземление и зануление электроустановок как устройств электро- и пожарной безопасности

7.3. Устройство заземлений и занулений

7.4. Расчет заземляющих устройств

7.5. Защитные заземления и зануления во взрывоопасных зонах

7.6. Эксплуатация и испытания заземляющих устройств

Глава 8 молниезащита

8.1. Молния и ее характеристики

8.2. Пожаро- и взрывоопасность воздействия молнии

Воздействия прямого удара молнии

Вторичные воздействия молнии

8.3. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты Категории молниезащиты

Обязательность устройства молниезащиты

Требования к устройствам молниезащиты

8.4. Молниеотводы

Конструктивное выполнение молниеотводов

Зоны защиты молниеотводов

8.5. Защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии Защита зданий и сооружений I категории

Защита зданий и сооружений II категории

Защита взрывоопасных наружных технологических установок и открытых складов

Защита зданий и сооружений III категории

8.6. Защита зданий и сооружений от вторичных воздействий молнии

8.7. Эксплуатация устройств молниезащиты Испытания и приемка в эксплуатацию устройств молниезащиты

Контроль состояния и обслуживание устройств молниезащиты

Глава 9 защита взрывоопасных производств от разрядов статического электричества

9.1. Общие представления об электризации

9.2. Воспламеняющая способность искр статического электричества и его физиологическое воздействие на организм человека

9.3. Приборы для измерения параметров статического электричества

9.4. Способы устранения опасности статического электричества

Заземление

Уменьшение объемного и поверхностного удельных электрических сопротивлений

Ионизация воздуха

Дополнительные способы уменьшения опасности от статической электризации

9.5. Эксплуатация устройств защиты от разрядов статического электричества

Глава 10 технико-экономическая эффективность решений противопожарной защиты электроустановок, молниезащиты и защиты от статического электричества

Приложения

Технические данные предохранителей

Технические данные автоматов серии а3100

Технические характеристики автоматов а3713б

Технические данные автоматов типа ап-50 с комбинированным расцепителем на переменный ток

Технические характеристики автоматов серии ва

Технические параметры однополюсных автоматов серии ае1000 и трехполюсных серии ае200

Технические данные магнитных пускателей серии пме и па

Допустимая потеря напряжения в осветительных и силовых сетях

Значение коэффициента с для определения (по упрощенной формуле) сечений проводников и потери напряжения в электропроводках

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей ηв и горизонтальных соединительных полос ηг

Перечень стандартов на взрывозащищенное электрооборудование

Литература

129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4

8.4. Молниеотводы

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод – устройство, рассчитанное на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящее ее ток в землю.

Конструктивное выполнение молниеотводов

Здания и сооружения от прямых ударов защищают молниеотводами, каждый из которых конструктивно состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем, и заземлителя, через который ток молнии стекает в землю. Вертикальная конструкция (столб, мачта) или часть сооружения, предназначенная для закрепления молниеприемника и токоотвода, называется опорой молниеотвода.

Опоры стержневых и тросовых молниеотводов, как отдельно стоящих, так и устанавливаемых на защищаемом объекте, могут быть деревянными, металлическими и железобетонными (рис. 8.9).

Деревянная опора обычно состоит из основной стойки и пасынков, выполненных из дерева или железобетона (последние предпочтительнее). Деревянные части, особенно подземные, антисептируют. Высота такого молниеотвода редко превышает 25 м. В землю опора зарывается на 0,1–0,2 ее полной высоты в зависимости от грунта. Для опор используют древесину хвойной породы (сосна, лиственница, ель, пихта). Диаметр бревна в верхнем срубе должен быть не менее 100 мм.

Опоры высотой более 8-10 м выполняют на одном или двух пасынках (рис. 8.9, а ), высота которых зависит от высоты молниеотвода. Для увеличения срока службы деревянных опор рекомендуется применять железобетонные пасынки, особенно в грунтах, где процесс гниения наиболее интенсивен (в суглинках). Железобетонные пасынки изготовляют из бетона марки не ниже М200, армированного круглой сталью марки Ст 3 или Ст 5. В поперечнике пасынки могут быть прямоугольного двутаврового, круглого и других сечений.

Рис. 8.9. Конструкции стержневых молниеотводов и молниеприемников:

а – на деревянной опоре;б – металлический решетчатый типа М-25;в – на железобетонной опоре;г – молниеприемник из металлических труб, установленных на крыше;1 – опора (стойка);2 – молниеприемник;3 – подножник;4 – токопровод (спуск);5 – фланец;6 – оттяжка

Металлическую опору для молниеотвода высотой 20-75 м (рис. 8.9, б ) чаще всего выполняют в виде жесткой решетчатой конструкции. Ее устанавливают на четырех железобетонных подножниках, наверху к ней приваривают молниеприемник и предохраняют от коррозии регулярной окраской. Такой молниеотвод не требует специального токоотвода, так как сам хорошо проводит ток.

Железобетонные опоры могут быть различной формы (рис. 8.9, в ), арматура в них частично или полностью предварительно напряженная. Бетон может быть вибрированным или центрифугированным. На вершине опоры устанавливают молниеприемник и соединяют с токоотводом, который прокладывают по опоре. В некоторых случаях молниеприемник соединяют с арматурой, используемой в качестве токоотвода. Но именно эти места оказываются нередко ненадежными, так как требуется либо вывод части арматуры наружу, либо пропуск в нее соединительных проводников. На этих участках постепенно начинается разрушение, особенно в прибрежных районах морей. Железобетонные опоры экономически более выгодны, они проще в эксплуатации и долговечны. Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов – с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузки.

Молниеотводы, устанавливаемые на сооружении, делятся на настенные и кровельные . Первые применяют чаще, их молниеприемники изготавливают из трубы или угловой стали и закрепляют посредством скоб, хомутов или кронштейнов. Молниеприемники кровельные (рис. 8.9, г ) чаще всего выполняют из труб разного диаметра и снабжают фланцами для крепления к крыше при помощи болтов. Дополнительная устойчивость достигается посредством оттяжек из полосовой или угловой стали. Высота таких молниеприемников колеблется от 5 до 10 м. Опорами стержневых молниеотводов могут служить стволы деревьев, растущих вблизи защищаемых зданий и сооружений. При этом если дерево находится на расстоянии менее 5 м от зданий и сооружений III, IV и V степени огнестойкости (II и III категория молниезащиты), то необходимо по стене защищаемого здания против ствола проложить токоотвод и присоединить под землей к заземлителю или же от молниеприемника токоотвод перебросить на другое дерево, на отдельную стойку, отстоящие от здания более чем на 5 м. Если дерево невысокое, то на него устанавливают шест с молниеприемником, это удешевляет молниезащиту. Кроме того, деревья создают дополнительное экранирование от заряженного облака.

Для тросовых молниеотводов можно использовать те же опоры, но требуется иногда повышать их устойчивость оттяжками или подкосами. Выбор того или иного материала опор обуславливается в основном необходимой высотой молниеотводов, расчетными механическими нагрузками, а также экономическими соображениями. Следует также учитывать их сочетание с архитектурой защищаемого объекта, климатическими условиями.

Молниеприемники стержневые, тросовые и в виде сетки непосредственно воспринимают прямой удар молнии и должны выдерживать ее термическое и динамическое воздействия, быть надежными в эксплуатации.

Стержневые молниеприемники изготовляются из покрытой антикоррозийной защитой (оцинкование, лужение, покраска) круглой и угловой стали или из некондиционных водогазопроводных труб. Конец трубы сплющивают или надежно закрывают металлической пробкой. Наименьшее сечение молниеприемника должно быть 100 мм 2 (это позволяет выдержать термические и динамические воздействия тока молнии), а длина не менее 200 мм.

В качестве молниеприемников можно использовать дымовые, выхлопные и другие металлические трубы объекта, дефлекторы (если они не выбрасывают горючие пары и газы), кровлю и другие металлические элементы сооружений.

Применяют молниеприемники и в виде сетки, сваренной из круглой стали диаметром 6-8 мм или полосовой стали сечением не менее 48 мм 2 , уложенных на кровлю под гидро- или теплоизоляцию (если они несгораемые). Это не затруднит отток воды с кровли и очистку от снега. Шаг ячейки берут 66 м для зданий II категории, а для зданий III - 1212 м.

Однако укладка сеток рациональна лишь в зданиях с горизонтальными крышами, где равновероятно поражение молнией любого их участка. При больших уклонах крыши наиболее вероятны удары молнии вблизи ее конька, и в этих участках укладка сетки по всей поверхности кровли приведет к неоправданным затратам металла. В этом случае более экономичен вариант установки стержневых или тросовых молниеприемников, в зону защиты которых входит весь объект. По этой причине укладка молниеприемной сетки рекомендуется на неметаллических кровлях с уклоном не более 1:8.

Иногда возвышающиеся элементы кровли снабжают молниеприемниками, соединенными с сеткой посредством сварки. На деревьях молниеприемником может служить выступающий конец токоотвода в виде петли на участке до 400 мм от верхней точки. Тросовый молниеприемник выполняют из стального многопроволочного и только оцинкованного троса диаметром до 7 мм (сечение не менее 35 мм 2).

Токоотводы молниеотводов применяют для соединения молниеприемников с заземлителями из стали любого профиля. Их рассчитывают на пропускание полного тока молнии без нарушений и существенного перегрева. Они должны быть оцинкованы, пролужены или окрашены для предупреждения коррозии. Не рекомендуется применять многопроволочный стальной трос, если у него не оцинкована каждая нить. Наименьшее сечение токоотводов, выполненных из угловой и полосовой стали и расположенных вне сооружения на воздухе, равно 48 мм 2 , для расположенных внутри – 24 мм 2 , а круглые токоотводы должны иметь наименьший диаметр 6 мм. Токоотводами могут служить арматура железобетонных конструкций, направляющие лифтов, пожарные лестницы, водопроводные, водосточные и канализационные трубы, колонны, стенки резервуаров, электрически надежно связанные по всей длине.

Соединения токоотводов, специальных и естественных, должны быть сварными (внахлест). Количество их необходимо резко ограничить. Болтовые соединения допускают только для объектов сIII категорией устройства молниезащиты и тогда их не окрашивают, а лудят. С заземлителями токоотводы соединяют только сваркой, и площадь контакта во всех случаях не менее двух площадей сечения деталей, а длина – около шести диаметров проволоки или двойной ширины полосы или полки уголка. Если токоотводы присоединяют к отдельным заземлителям и они электрически связаны друг с другом, то на высоте около 1,5 м от поверхности земли устанавливают надежный болтовой зажим, позволяющий отсоединить токоотвод для контроля заземлителя (рис. 8.10). Токоотводы от молниеприемников прокладывают кратчайшим путем к заземлителю. От входов в здания их нужно располагать на таком расстоянии, чтобы с ними не могли соприкасаться люди. Необходимо избегать острых углов и тем более петель в токоотводе, так как значительные электродинамические усилия при больших токах молнии могут разорвать его на этих участках или вызвать искровое перекрытие между ближайшими точками петли. Металлическая кровля, короба и трубы могут быть соединены с токоотводами болтовыми зажимами (рис. 8.11).

Заземляющие устройства являются важнейшим элементом в комплексе средств обеспечения защиты объектов от прямого удара молнии, заноса высоких потенциалов по коммуникациям и электростатической индукции. Основной частью их являются собственно заземлители, находящиеся в достаточно хорошо проводящей среде.

Заземлитель молниезащиты – один или несколько заглубленных в землю проводников, предназначенных для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений, возникающих на металлических корпусах, коммуникациях при близких разрядах молнии. Они бывают одиночными (простыми) или сложными (комбинированными). К первым относятся трубы, электроды из круглой, полосовой, угловой и листовой стали, железобетонные подножки и сваи, а сложные образуются из комбинаций простых. Одиночные делятся на сосредоточенные и протяженные. У первых потенциал практически по длине не изменяется, у вторых потенциалы начала и конца отличаются друг от друга вследствие большой длины электродов, малого их сечения, высокого удельного сопротивления материалов или высокой удельной проводимости грунта.

Рис. 8.11. Зажим для присоединения плоского (а ) и круглого (б ) токоотводов к металлической кровле:

1 – токоотвод;2 – кровля;3 – свинцовая прокладка;4 – стальная пластина;5 – пластина с приваренным токоотводом

Еще различают искусственные и естественные заземлители.

Искусственные заземлители – специально проложенные в земле контуры из полосовой или круглой стали, сосредоточенные конструкции, состоящие из вертикальных и горизонтальных проводников.

Естественные заземлители – заглубленные в землю металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений.

Заземлители могут быть поверхностными и углубленными . Последние обычно изготовляют из круглой или полосовой стали и укладывают в глубокие котлованы или траншеи, чаще всего по периметру фундамента, если последний не может быть использован в качестве естественного заземлителя. Наконец, существуют вертикальные заземлители (обычно стержни из круглой или угловой стали и трубы, железобетонные подножники и сваи, забиваемые в землю, реже – стальные круглые стержни, ввинченные в грунт) и горизонтальные, изготовленные из любой профильной стали, закапываемые неглубоко в грунт.

Вертикальные заземлители более эффективны, так как большая их часть располагается во влажных и менее промерзающих слоях почвы. Их длину берут от 2 до 5 м и применяют в глинистых или смешанных грунтах с удельным сопротивлением  менее 300 Омм и при сравнительно высоком уровне грунтовых вод. Если же верхние слои почвы обладают высоким  и этот уровень низок, то длину электродов увеличивают до 4-6 м. Наиболее употребительны и удобны заземлители из круглой стали диаметром 12-30 мм, угловой с шириной полок 40-50 мм, толщиной не менее 4 мм и трубы (чаще всего некондиционные или непригодные к дальнейшему использованию по назначению) с наружным диаметром 25-60 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм. Верхний конец вертикальных заземлителей располагают от поверхности земли на 0,5-1 м. На этом уровне высыхание или промерзание грунта затруднено.

Горизонтальные заземлители используют в грунтах с длительно влажными верхними слоями, где трудно забивать вертикальные электроды (гористая местность, районы вечной мерзлоты). Если грунт обладает плохой проводимостью (песок), то траншею для горизонтальных заземлителей заполняют другим грунтом, удобренным солями или их растворами. Для электродов берут преимущественно полосовую сталь сечением не менее 160 мм 2 (404 мм) и реже круглую сталь эквивалентного сечения. Электроды укладывают на глубину 0,6-0,8 м в виде одного или нескольких симметричных лучей, длина каждого из них, считая от токоотвода, обычно не превышает 25-30 м. Чем больше удельное сопротивление грунта, тем больше длина луча и их число. Электроды любого типа соединяют между собой и с токоотводами только сваркой.

Конструкция заземлителя зависит от типа молниеотвода, т.е. отдельно стоящего или установленного на здании.

При отдельно стоящих молниеотводах приемлемыми, без расчета их импульсного сопротивления растеканию тока молнии r и, являются типовые конструкции заземлителей, приведенные в табл. 8.1 (см. также ).

При расположении молниеотвода на защищаемом здании в качестве заземлителей рекомендуется широко использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений.

Таблица 8.1

	Заземлитель		Размеры, м
	Железобетонный подножник		a  1,8 b  0,4 l  2,2
	Железобетонная свая		d = 0,250,4 l  5
	Стальной двухстержневой: полоса размером 404 мм стержни диаметром d = 1020 мм		t  0,5 l = 35 c = 35
	Стальной трехстержневой: полоса размером 40 х 4 мм стержни диаметром d = 10  20 мм		t  0,5 l = 35

Металлические и железобетонные конструкции зданий I категории по устройству молниезащиты могут быть использованы только для защитного заземления электроустановок и защиты от вторичных воздействий молнии. Для зданий II и III категории металлические и железобетонные конструкции используются и для защиты от прямых ударов молнии. Устройство молниезащиты зданий в железобетонном исполнении включает молниеприемную сетку, соединяемую сваркой с арматурой всех колонн. Ток молнии через нее попадает на арматуру колонн, затем стекает на арматуру фундамента и через защитный слой бетона – в землю.

Основанием для использования арматуры железобетонных фундаментов в качестве заземлителей являются свойства бетона во влажном состоянии иметь проводимость, сопоставимую с проводимостью грунта, окружающего фундамент. При этом выполняются условия сохранения несущей способности здания и исключаются условия разрушения арматурных стержней и бетона от электрической коррозии, что обеспечивается уменьшением плотности тока, стекающего с арматуры фундамента, и ограничением его стекания через бетон в надземных конструкциях. Указанные меры включают объединение в единую систему всех железобетонных (или металлических) конструкций, соединение с помощью сварки всех элементов арматурного каркаса и создание непрерывной электрической цепи по арматуре.

Битумные и битумно-латексные покрытия фундаментов не являются препятствием для использования их в качестве заземлителей.

В средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта менее 3 % использовать железобетонные фундаменты в качестве заземлителей не допускается.

При использовании в качестве заземляющих устройств все элементы металлических и железобетонных конструкций (фундаменты, колонны, фермы, стропильные, подстропильные и подкрановые балки) должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу, а в железобетонных элементах (колоннах) дополнительно должны предусматриваться закладные детали (изделия) для присоединения электротехнического и технологического оборудования.

В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ.

Нормирование заземлителей молниезащиты. Принятый в инструкции подход к нормированию и выбору заземлителей молниезащиты зданий и сооружений учитывает, что одним из эффективных способов ограничения грозовых перенапряжений в цепи молниеотвода, а также на металлических конструкциях и оборудовании объекта является обеспечение низких сопротивлений заземлителей растеканию в земле токов молнии. Поэтому при выборе молниезащиты нормированию подлежит сопротивление заземлителя или другие его характеристики, связанные с его сопротивлением.

До введения в нормативную практику для заземлителей молниезащиты нормировалось импульсное r и сопротивление растеканию токов молнии: его максимально допустимое значение было принято равным 10 Ом для зданий и сооружений I и II категорий и 20 Ом для зданий и сооружений III категории. При этом допускалось увеличение импульсного сопротивления до 40 Ом в грунтах с удельным сопротивлением более 500 Омм при одновременном удалении молниеотводов от объектов I категории на расстояние, гарантирующее от пробоя по воздуху и в земле. Для наружных установок максимально допустимое импульсное сопротивление было принято не более 50 Ом.

Импульсное сопротивление заземлителя является количественной характеристикой сложных физических процессов при растекании в земле токов молнии. Его значение отличается от сопротивления заземлителя при растекании токов промышленной частоты и зависит от нескольких параметров тока молнии (амплитуда, крутизна, длина фронта), варьирующихся в широких пределах. С увеличением тока молнии импульсное сопротивление заземлителя падает, причем в возможном интервале распределение токов молнии (от единиц до сотен килоампер) его значение может уменьшаться в 2-5 раз.

Поскольку при проектировании заземлителя нельзя предсказать значения токов молнии, которые будут через него растекаться, то, следовательно, невозможно оценить наперед соответствующие значения импульсных сопротивлений. С учетом этих условий нормирование заземлителей по их импульсному сопротивлению имеет очевидные неудобства. Разумнее выбирать конкретные конструкции (см. табл. 8.1) по следующему условию: импульсные сопротивления заземлителей во всем возможном диапазоне токов молнии не должны превышать указанных максимально допустимых значений.

Такое нормирование было принято в инструкции , где для ряда типовых конструкций заземлителей (см. табл. 8.1) были подсчитаны импульсные сопротивления при колебаниях токов молнии от 5 до 100 кА и по результатам расчетов проведен отбор заземлителей, удовлетворяющих принятому условию.

Наиболее распространенными и рекомендуемыми конструкциями заземлителей являются железобетонные фундаменты. К ним предъявляются дополнительные требования - исключение механических разрушений бетона при растекании через фундамент токов молнии. Исследования показали, что железобетонные конструкции выдерживают большие плотности растекающихся по арматуре токов молнии, что связано с кратковременностью этого растекания. Так, единичные железобетонные фундаменты (сваи длиной не менее 5 или подножники длиной не менее 2 м) способные без разрушения выдерживать токи молнии до 100 кА. Поэтому в табл. 8.1 заданы допустимые размеры единичных железобетонных заземлителей. Для фундаментов больших размеров с соответственно большей поверхностью арматуры опасная для разрушения бетона плотность тока маловероятна при любых возможных токах молнии.

Нормирование параметров заземлителей по их типовым конструкциям имеет ряд достоинств: оно соответствует принятой в строительной практике унификации железобетонных фундаментов с учетом их повсеместного использования в качестве естественных заземлителей; при выборе молниезащиты не требуется выполнять расчеты импульсных сопротивлений заземлителей, что сокращает затраты и объем проектных работ.

Опасность поражения током молнии. При растекании тока с заземлителя или с любого другого подземного металлического предмета в грунте образуется потенциальное (электрическое) поле. Распределение потенциала на поверхности земли при протекании тока молнии через трубчатый заземлитель показано на рис. 8.12. Оно зависит от геометрических размеров электрода, способа его установки, но не зависит от электрических свойств однородного грунта. На небольших удалениях от оси трубы потенциал уменьшается резко, после чего уменьшение делается более плавным. Считают, что на расстоянии x более 20 l потенциал на поверхности земли равен нулю. Наибольший потенциал появляется на самом заземлителе и он равен
.

Рис. 8.12. Изменение потенциала на поверхности земли у заземлителя при растекании тока молнии

Если вблизи заземлителя будет находиться человек и расстояние между его ступнями равно S , то он подвергается действию шагового напряжения U ш, равного разности потенциалов U 1 и U 2 в точках 1 и 2 , где находятся ступни. Это может быть опасным для жизни. Еще более опасно, если одна нога окажется непосредственно на заземлителе или человек прикоснется к заземлителю. Тогда он подвергается большей разности потенциалов, равной U м - U 3 , и называемой напряжением прикосновения U пр .

Снижения шагового напряжения и напряжения прикосновения можно добиться уменьшением сопротивления r и до значения ниже 10 Ом, что довольно трудно, и применением параллельно включенных добавочных электродов, выравнивающих потенциал внутри и вне контура заземлителей. Рациональным распределением вертикальных заземлителей, расположенных по контуру или лучам, и связывающих их горизонтальных электродов можно добиться безопасного распределения потенциала по любому направлению от точки присоединения токоотвода. Для безопасности рекомендуется ограждать или во время грозы не допускать людей к заземлителям ближе 5 м, располагать эти заземлители дальше от дорог, тротуаров или располагать под асфальтовым покрытием.

В большинстве случаев молния действует предсказуемо, несмотря даже на полную непредсказуемость этого природного явления – она не выбирает цель, а бьет непосредственно в самый высокий предмет. В общем, если ваш дом является самым высоким строением в радиусе 200-300м, то молниеотвод окажется не лишним дополнением к вашему дому. Именно он убережет вас от неприятных, а иногда очень опасных исходов, связанных с прямым попаданием молнии в дом. О нем и пойдет речь в этой статье, в которой вместе с сайтом сайт мы ответим на следующие вопросы: какие бывают молниеотводы, как они устроены и как изготавливаются своими руками?

Молниеотвод фото

Молниеотвод: разновидности и их конструкции

В принципе, конструкция молниеотвода представляет собой бесхитростный механизм, состоящий из трех простейших частей, изготовить которые самостоятельно и собрать в единую систему не представляет никаких сложностей.

1. Приемник молнии – это железный элемент, поднимаемый на несколько метров выше крыши строения. Размещаться он может как непосредственно на самом строении, так и рядом с ним, неподалеку.
2. Токоотвод. По сути, это толстая стальная или медная жила, по которой ток, полученный от разряда попавшей в приемник молнии, передается в контур заземления.
3. Заземляющий контур. Его назначение простое – именно с его помощью разряд молнии передается в землю, где он и гаснет, не причиняя постройкам и человеку никакого вреда.

Так устроены все виды молниеотводов без исключения. Причем два элемента этого устройства все время остаются неизменными – это токоотвод и . На разновидности этих приспособлений оказывает влияние исключительно конструкция приемника молний, о которых мы и поговорим дальше.

1. Стержневой молниеприемник. Это устройство знакомо практически всем жителям частного сектора – оно представляет собой обыкновенную металлическую мачту, поднятую на пару метров над верхним краем . Такая мачта может стоять как на крыше дома, так и немного в стороне от постройки или рядом, вдоль стены дома. Фактически отдельно стоящий молниеприемник в плане изготовления более простой – сама мачта одновременно является и приемником грозовых разрядов и токоотводом. Она напрямую подключается к контуру заземления самым что ни на есть жестким способом (сваркой).

   

   Стержневой молниеотвод фото

2. Линейный, или, как его еще называют, тросовый молниеотвод. Чтобы проще было понять о чем идет разговор, этот молниеприемник можно представить в виде натянутой между двумя небольшими мачтами проволоки или троса – отсюда и его название. В чем основное отличие такого устройства от обычной мачты? В возможности полностью улавливать все разряды молнии, не позволяя даже малой их части попадать на металлические элементы строения. В большинстве случаев такой молниеприемник соединяется с контуром заземления посредством отдельной мощной токоотводящей жилы – это может быть либо медный большого сечения, либо металлическая полоса или прут.

   

   Тросовый молниеотвод фото

3. Сетчатый приемник молний. Его суть заложена в самом названии – такой токоприемник укладывается непосредственно на крышу дома. Сверху из толстых токопроводящих жил создается полноценная сетка, которая и принимает на себя все разряды молнии. Дальше все стандартно – посредством токоотводящего кабеля или толстой стальной полосы (либо прутка) разряды статического напряжения направляются в контур заземления, где и рассеиваются, не причиняя вреда строению.

   

   Сетчатый молниеотвод фото

Этих основных конструкций улавливателей молнии вполне достаточно для того, чтобы полностью защитить свой дом от такого природного явления, как молния.

Молниеотвод в частном доме и его контур заземления

По большому счету, заземление молниеотводов устроено аналогичным образом, как и контур заземления самого дома – здесь следует сразу понять один момент, что эти два контура не должны быть связаны между собой – это два отдельных элемента. Подключив молниеотвод к контуру заземления дома, вы рискуете в один момент потерять не то что все электрооборудование, а и вообще весь дом целиком – для защиты от грозовых разрядов придется оборудовать отдельное заземление.

Изготавливается оно практически точно так же, как и заземление дома, за исключением некоторых отличий.

Как видите, между контуром заземления дома и такой же частью молниеотвода общий только принцип – требования к этим элементам защиты разнятся. Еще один момент, объединяющий эти две системы, заключается в глубине их залегания – верхняя часть контура располагается на глубине 500-800мм над поверхностью грунта.

Устройство молниеотвода: как соединить заземление и приемник молний

Токоотводящая или, правильнее сказать, токопередающая часть молниеотвода является не менее важным элементом, чем его заземление и сам приемник молний – вы только представьте, что случится с домом, если этот элемент устройства просто не выдержит нагрузку и сгорит. В таком случае все грозовые разряды попадут в дом, и тогда от беды может спасти только чудо. Именно по этой причине к токопроводящей шине следует отнестись не менее серьезно, чем ко всему другому. Здесь имеется всего два важных момента, которые нужно соблюсти, как говорится, беспрекословно.

Что же касается крепления токоотводящей жилы к стенам строения, то здесь используются пластиковые клипсы. В идеале, чтобы сохранить молниепровод в целостности в течение долгого времени, его лучше изолировать от окружающей среды, поместив в обыкновенный кабель канал.

В принципе, это все, остается добавить не так уж и много. А именно о таких моментах, как молниезащита отдельных элементов крыши. Если имеется , то вокруг него нужно намотать хотя бы пару витков отводящей ток жилы и соединить ее с общим молниеотводом. Также в защите нуждаются и все элементы кровли, изготовленные из металла – к примеру, отводящие воду желоба и трубы. Только в таком случае изготовленный самостоятельно молниеотвод будет являться надежной защитой дома от грозовых разрядов.