Классификация (классы) молниезащиты

Введение

Удар молнии способен привести к разрушению промышленных и жилых сооружений, пожару, взрыву, выходу из строя линий электропередач (ЛЭП), электроустановок и средств информационно – коммуникационных технологий (ИКТ), а также опасен для людей и животных. Особенно опасна эта природная стихия для так называемых критически важных объектов. Поэтому в качестве средств защиты объектов и строений необходим целый комплекс мер, причем как организационного, так и научно-технического характера. Эта совокупность мер и получила название - молниезащита. Она служит для снижения рисков воздействия такого рода катаклизмов на промышленную и гражданскую инфраструктуру.

От степени пожароопасности (или от риска взрыва) здания или строения зависит уровень тяжести последствий от удара молнии. Дополнительно надо учесть возможность искрений в перекрытиях, которые могут быть вызваны сопутствующими молнии воздействиями. К примеру, на производствах, на которых используется открытый огонь и протекают процессы горения, применяются, как правило, несгораемые конструкции. В таком случае, протекание тока молнии не вызывает большой опасности. А вот если в цехах находятся взрывоопасные вещества, то возникает повышенный риск человеческих жертв и огромных материальных убытков. Для специалиста налицо огромный разброс технологических условий для разного рода зданий, объектов и организаций. И в таком случае, предъявить для всех этих объектов одинаковые требования к молниезащите означает либо вложить лишние финансовые средства в проектирование систем защиты, либо же смириться с неизбежностью больших рисков и ущерба, вызванного негативными последствиями ударов молнии. При проектировании систем молниезащиты необходимо учесть и метеорологическую обстановку в данном регионе. Например, статистика гроз в Норильске будет отличаться от статистики гроз в Сочи. Поэтому международные нормативные документы предписывают проектировщикам произвести расчёт рисков и потенциального ущерба от воздействия молний. В результате этих причин, здания и строения стали подразделять на классы (уровни защиты), которые различаются по степени тяжести возможного ущерба от поражения молнией. А такой фактор, как активность гроз и молний в соответствующей географической точке, где расположен защищаемый объект, определяет категорию молниезащиты.

Нормативная правовая и технологическая база классификации защищаемых объектов

Международная практика по созданию правовых нормативных документов в области молниезащиты и электробезопасности предусматривает разработку следующих материалов: технические регламенты (ТР), технические кодексы устоявшейся практики (ТКП), международные стандарты (ИСО/МЭК), национальные стандарты (ГОСТ), ведомственные инструкции и руководящие документы (РД).

В области молниезащиты и электробезопасности объектов промышленного и гражданского назначения наиболее часто используемыми при проектировании, монтаже и сертификации (категорировании) нормативными материалами являются следующие:

"Инструкции по молниезащите зданий и сооружений" (РД 34.21.122-87);
"Инструкции по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" (СО-153-34.21.122-2003);
ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы;
ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска;
МЭК 62305-3-2010. Защита от атмосферного электричества. Часть 3. Физические повреждения зданий, сооружений и опасность для жизни;
МЭК 62305-4:2010 Защита от молнии. Часть 4. Электрические и электронные системы в зданиях (сооружениях);
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-ое издание (утв. приказом Минэнерго РФ от 8 июля 2002 г. N 204).

Классы и уровни молниезащиты строений и объектов промышленных и гражданских объектов

В соответствие с вышеизложенными обстоятельствами давайте проанализируем выше упомянутые нормативные документы на предмет классификации и категорирования защищаемых объектов.

"Инструкция по молниезащите зданий и сооружений" (РД 34.21.122-87)

– является самым старым, в хронологическом плане, нормативным документом времён СССР (в дальнейшем будем коротко называть его РД). Это документ прямого действия, он имел исключительную юридическую силу, и все организации были обязаны его применять вне зависимости от их ведомственной принадлежности. Согласно данной инструкции деление зданий и сооружений их целевому назначению и типу молниезащитных систем проводилось по трём категориям, которые подразделялись ещё на классы взрывоопасных и пожароопасных зон, определённых в ПУЭ, а также по типу зоны защиты, которой приписывается определенная надежность

— 0,995 для зоны А и 0,95 для зоны Б.

Согласно РД, проектировщикам рекомендовано выполнить следующие мероприятия по молниезащите и заземлению I, II, III категорий объектов:

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, которые относятся по устройству молниезащиты к I категории (согласно РД), обычно реализуется с помощью отдельно стоящих стержневых или тросовых молниеотводов.

С помощью таких молниеотводов обеспечивается зона защиты типа А (см. РД, приложение 3). Элементы молниеотводов должны быть удалены от защищаемого объекта, а также от подземных металлических коммуникаций. Можно выбрать естественный или искусственный заземлитель (см. п.1.8. РД).

Конструкции заземлителей, допустимые для отдельно стоящих молниеотводов:

а) железобетонный подножник (один или несколько), его длина не менее 2 м или же железобетонная свая (может быть несколько), ее длина не менее 5 м;
б) стойка железобетонной опоры (диаметр не менее чем 0,25 м, заглублена в землю не менее чем на 5 м);
в) железобетонный фундамент произвольной формы (площадь поверхности контакта с землей не менее 10 м2 );
г) искусственный заземлитель может состоять из 3-х вертикальных электродов и более длиной не менее 3 м, которые объединены горизонтальным электродом, расстояние между этими вертикальными электродами не менее 5 м.

Защита от заноса высокого потенциала выполняется согласно п.2.2., 1.8. РД.

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, которые относятся по устройству молниезащиты к II категории (согласно РД), обычно реализуется таким образом: устанавливаются отдельно стоящие стержневые или тросовые молниеотводы.

Или же они устанавливаются прямо на защищаемом объекте. Они обеспечивают зону защиты в соответствии с требованиями РД (см. табл. 1, п. 2.6 и приложение 3.) При установке молниеотводов на защищаемом объекте от каждого стержневого молниеприёмника или каждой стойки тросового молниеприёмника должно быть проведено не менее 2-х токоотводов. Когда уклон кровли здания не более 1:8 можно применить молниеприёмную сетку. Установка молниеприёмников или наложение молниеприёмной сетки не обязательно для строений с металлическими фермами, если выполняются условия, при которых в их кровлях используются несгораемые или трудносгораемые утеплители и гидроизоляция.

На зданиях с металлической кровлей в качестве молниеприёмника должна использоваться сама кровля.

Токоотводы от металлической кровли или молниеприёмной сетки прокладываются к заземлителям не реже чем через 25 м по периметру здания.

При удельном сопротивлении грунта менее 500 Ом*м и площади здания более 250 кв. м. , а также в грунте с удельным сопротивлением от 500 до 1000 Ом*м при площади здания более 900 кв.м. выполняется горизонтальный контур вокруг здания на глубине 0,5 м. В первом случае, если площадь здания менее 250 кв.м., в месте соединения токоотвода приваривается по одному вертикальному или горизонтальному лучевому электроду длиной 2-3 метра, а во втором случае при площади менее 900 кв.м. приваривается не менее двух электродов.

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к III категории, должна выполняться одним из способов, указанных в РД (см.п.2.11, соблюдая также п. 2.12. и 2.14. РД), например, с помощью прокладки моолниеприёмной сетки. При прокладке такой сетки в качестве токоотводов используются металлические конструкции зданий.

Во всех возможных случаях для объектов III категории в качестве заземлителей для защиты от прямых ударов молнии рекомендуется применять железобетонные фундаменты самих зданий. Если же нет такой возможности, то вполне применимы и искусственные заземлители. Искусственный заземлитель обычно изготовлен из двух и более вертикальных электродов длиной не менее 3 м, которые объединены горизонтальным электродом длиной не менее 5 м.

Если же рекомендовано использовать в качестве молниеприёмников сетки или металлической кровли, то по всему периметру здания в земле на глубине не менее 0,5 м прокладывают наружный контур, который изготовлен из горизонтальных электродов. В зданиях, площадь которых более 100 м, наружный контур заземления может быть использован для выравнивания потенциалов внутри здания (п.1.9. РД). Заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединён с заземлителем электроустановки (п.1.7 ПУЭ).

Для защиты от заноса высокого потенциала по внешним наземным (надземным) металлическим коммуникациям их необходимо на вводе в здание или сооружение присоединить к заземлителю защиты от прямых ударов молний.

"Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" (СО 153-34.21.122-2003)

– далее СО, документ, носящий рекомендательный характер, пришедший на смену РД, но его не отменивший, не внёс определённости в область классификации и категорирования объектов защиты от воздействия атмосферного электричества. Во-первых, он не преемственен с предыдущим нормативным документом – РД, а во-вторых анонсированные справочные и руководящие материалы в качестве приложений к СО так и не вышли. В итоге Ростехнадзор в своём разъяснении о совместном применении РД и СО №10-03-04 / 182 от 01. 12. 2004 разрешил совместное (комбинированное) применение двух инструкций, что окончательно запутало и так не простую ситуацию с правоприменительной базой в области молниезащиты строений и сооружений промышленного и гражданского назначения. Так в чём же особенности этого документа? Во-первых, в отличие, от РД, в котором предусматривалось 3 категории объектов, выделенных по уровню их защищённости от воздействия молнии, в СО вводится уже 4 класса объектов по параметрам молниезащитных систем. Во-вторых, регулятор предлагает ввести классификатор по воздействиям тока молнии. Это сделано, чтобы каким-то образом нормировать средства защиты от прямых ударов молнии. В целом этот нормативный документ приближен к рекомендациям МЭК, но полного соответствия с ними не имеет, а в основном своём предназначении СО определяет надёжность защиты для обычных и специальных объектов в соответствии с уровнем защиты, который устанавливается отраслевыми РД для объектов различного типа и назначения.

ГОСТ Р МЭК 62305-1,2,3,4-2010

– серия документов МЭК, возведенных уже в ранг государственных стандартов РФ в части организации систем защиты от молний причём и для промышленных, и для гражданских сооружений. Из рабочей практики нам известно, что обеспечить абсолютную защиту от молнии невозможно. Поэтому технические руководства, которые доступны в настоящей серии стандартов, позволяют разработать эффективные cистемы молниезащиты (МЗ), обеспечивающие существенное понижение рисков (возможного ущерба) от поражения молнией до приемлемого уровня, а остаточные риски перевести в плоскость страховых случаев. С помощью данной серии стандартов стало возможно интегрировать всю совокупность мер защиты в общую систему. Также были выделены целых 2 группы критериев для проектирования и применения мер защиты:

комплекс защитных мер, который необходим для снижения уровня повреждения объектов, а также для уменьшения угрозы опасности для жизни персонала, находящегося в здании, образует первую группу (МЭК 62305-3);
совокупность мер защиты, которые требуются для уменьшения количества случаев выхода из строя электрических схем, которые расположены в строениях образуют вторую группу (МЭК 62305-4).

Только приняв во внимание все параметры защищаемого объекта, проектировщик выбирает соответствующие уровни защиты от молнии.

В данной серии стандартов установлены 4 класса МЗ (I – IV), а уже в соответствие им установлены уровни молниезащиты (см. МЭК 62305-1, табл. 1).

Любой класс можно описать определёнными параметрами, которые считаются либо зависящими от уровня молниезащиты или независящими:

Параметры, которые зависят от класса МЗ:

параметры, описывающие молнию (см. МЭК 62305-1, табл. 3,4,5);
катящаяся сфера (берется ее R), ячейка (берется ее размер), величина угла защиты (см. МЭК 62305-3, п. 5.2.2);
расстояния между токоотводами (типичные), расстояния между кольцевыми проводниками (см. МЭК 62305-3,п. 5.3.3);
расстояния от места опасного искрения, которые можно считать неопасными (см. МЭК 62305-3, п.6.3);
длина заземлителей (берется минимальная величина), (см. МЭК 62305-3, п.5.4.2).

Параметры, которые не зависят от класса МЗ:

величина уравнивания грозовых потенциалов (см. МЭК 62305-3, п. 6.2);
замеряемая толщина листов из металла (минимальное значение), а также металлических труб, находящихся в молниеприёмниках (см. МЭК 62305-3, п.5.2.5);
материалы МЗ, условия применения этих материалов (см. МЭК 62305-3, п.5.5);
параметры молниеприёмников (материал, из которого они сделаны, минимальные размеры, конфигурация). Здесь же рассматриваем токоотводы и заземлители (см. МЭК 62305-3, п.5.6).

Остановимся более подробно на данном пункте, т.к. его трактовка в разных нормативных документах имеет некоторые отличительные особенности.

При рассмотрении рассеивания высокочастотного тока молнии в земле и с целью минимизирования любых опасных перенапряжений конфигурация и размеры системы заземления являются важными критериями. Как правило, рекомендуется низкое сопротивление заземления (по возможности менее 10 Ом, измеренное на низкой частоте). Для молниезащиты предпочтительнее использовать встроенный в здание и пригодный для всех целей отдельный заземлитель (например, для молниезащиты, систем электропередачи и связи).

Системы заземления должны соединяться в соответствии с требованиями МЭК 62305-3, п. 6.2. Используют два основных конструктивных типа (А и В) размещения заземляющих электродов.

Расположение типа А: Данный тип размещения включает горизонтальные или вертикальные электроды, установленные за пределами защищаемого здания и присоединенные к каждому токоотводу. В расположении типа А общее количество используемых заземляющих электродов должно быть не менее двух.

Расположение типа В: Данный тип расположения включает либо кольцевой проводник, находящийся за пределами защищаемого здания, соприкасающийся с почвой на 80 % своей полной длины, либо заземляющий электрод в фундаменте. Эти заземляющие электроды также могут быть сетчатыми. Расположение заземления типа B рекомендуется использовать для зданий с электронными системами, т.к. оно позволяет снизить влияние помех и перенапряжений. Параметры заземляющих электродов определены в МЭК 62305-3, п. 5.4.2.2.

Тем не менее, исходя из общего совокупного анализа действующих нормативных документов, можно построить условную классификацию объектов молниезащиты по уровням МЗ.

Объект I-го класса МЗ

Объект: специальный (критически важный), опасный для окружающей среды, жизнедеятельности человека и животных. Тип объекта: химическое и нефтехимическое производство, биохимические и бактериологические концерны, производство взрывчатки, атомные электростанции и др.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии – 0,98 (для отдельной категории объектов зоны А может устанавливаться более высокий уровень 0,995). Возникающие негативные последствия от удара молнии: пожар, взрыв, выбросы токсичных веществ, повышенная радиация на значительной территории и пр. Крайний случай – экологическая катастрофа с непоправимыми материальными и человеческими жертвами.

Объект II-го класса МЗ

Здесь описаны типы специальных объектов, представляющих опасность для непосредственного окружения.

Тип объекта: нефтепереработка, АЗС, мукомольные, деревообрабатывающие фабрики, производство пластмассовых изделий и пр.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии – 0,95 (для отдельной категории объектов зоны Б может устанавливаться более высокий уровень).

Возникающие негативные последствия от удара молнии: пожары, взрывы внутри помещения и на прилегающей территории. Вероятны сопутствующие разрушения стен и перекрытий, а также сильные травмы и даже гибель сотрудников и посетителей. В этом случае фиксируются значительные финансовые потери.

Объект III-го класса МЗ

Объект: специальный, критическая инфраструктура.

Тип объекта: предприятия связи и ИКТ, трубопроводный транспорт, ЛЭП, оборудование централизованного отопления, транспортная инфраструктура и др.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии – 0,9.

Возникающие негативные последствия от удара молнии: прерывание связи, частичная или полная потеря управления, перебои с водоснабжением и отоплением, временное снижение качества жизни, материальные потери.

Объект IV-го класса МЗ

Объект: общий, промышленные и гражданские сооружения и сопутствующая инфраструктура.

Тип объекта: жилые дома, производственные сооружения (высотой не более 60 м.), дома и коттеджи в селах, объекты социально-культурного назначения, учреждения образования, больницы, а также музеи, храмы, церкви и др.

Гарантированная надёжность защиты от прямого удара молнии – 0,8. Возникающие негативные последствия от удара молнии: сильные пожары, разрушения зданий, нарушения работы транспорта, прерывание систем коммуникаций, возможная утрата исторического и культурного наследия. Значительные материальные и финансовые потери. Вероятны человеческие жертвы. Как следует из приведенной системы классификации, любой класс МЗ имеет отличия от другого класса по характеристикам (назначению) объекта и параметрам молниезащиты, а также типом заземляющего устройства, конструкция которого определяется назначением и размещением сооружения.

Заключение

Рассмотрев в этом аналитическом обзоре проблемы молниезащиты объектов промышленного и гражданского назначения и соответствующей инфраструктуры, можно констатировать, что вопросы защиты от воздействия атмосферного электричества в плане регулирования и применения правовой нормативной технической базы в РФ определяются достаточно широким спектром действующих нормативных документов, а именно: СО, РД, ГОСТы и пр. Использование сочетания положений этих документов, позволит построить полноценную систему молниезащиты для объектов всех классов и категорий. Можно выделить 2 подхода к проектированию молниезащиты. Первый - построение молниезащиты в соответствии с категориями РД. Второй - обеспечение требуемой надёжности защиты, руководствуясь СО и отраслевыми стандартами. Выбор нормативных документов зависит от сферы, в которой производится проектирование и наполненности предметной области внутренними документами. В основном, отраслевые нормативы содержат модернизированные требования СО и РД, так что можно сказать, что эти документы по-прежнему остаются определяющими в силу традиций многолетнего опыта использования. ГОСТы и стандарты МЭК используются как ссылочные, а также к ним прибегают в случае неполноты или отсутствия некоторых параметров МЗ в РД или СО.

Требуется консультация по организации заземления и молниезащиты для вашего объекта? Обратитесь в Технический центр ZANDZ.com!