Заглавие статьи может вызвать вполне законное недоумение у специалистов. Молнии совершенно одинаковы в городе и в селе, а характер построек давно не имеет особых отличий. О принципиальных различиях говорить явно не приходится. О чем же тогда эта статья? Хочется остановиться на двух моментах. Во-первых, малоэтажные жилые сельские строения явно могут обойтись упрощенной молниезащитой. Важно предложить упрощения, которые, тем не менее, обеспечат достаточно надежную защиту сооружений малой высоты, гарантируют безопасность людей и животных, а кроме того сохранят в рабочем состоянии все домашние электронные приборы. Их достаточно сегодня в любом сельском доме. Во-вторых, производственные и общественные здания в сельской местности, оснащенные вполне современной электронной техникой, как правило, снабжаются электроэнергией по воздушным ВЛ 0,4 кВ повышенной протяженности. Они чаще страдают от грозовых электромагнитных наводок и потому нуждаются в более совершенной защите.
Поставленные вопросы и рассматриваются в этой статье.
Упрощенная молниезащита малоэтажных сооружений
Начинать приходится с естественных молниеотводов. В сельской местности их роль чаще всего выполняют деревья. Оценив высоту дерева и представив его в качестве одиночного стержневого молниеотвода, легко построить зону защиты. Для этой цели можно использовать предписания раздела 3.3.2. Инструкции СО-153-34.21.122-2003. Не исключено, что высоких деревьев будет несколько. Тогда можно построить зону защиты двойных молниеотводов или использовать расчетную программу на сайте фирмы ZANDZ, которая позволит учесть совокупность защитного действия всех соседних деревьев. Благодаря высокой проводимости ствола их вполне можно считать металлическими молниеприемниками. В дополнительном молниеприемнике и токоотводе вдоль ствола нет смысла. Особой пользы от него не будет. Разве что есть желание не повредить дерево. Что же касается частоты ударов молнии, то она не будет особо большой. Так в дерево высотой в 20 м на открытой местности в средней полосе России молния ударит не чаще, чем в среднем 1 раз за 20 – 25 лет.
Если высоких деревьев нет, молниеприемники придется устанавливать на кровле сооружения. Здесь наиболее частый вопрос – возможность использовать в качестве молниеприемника металлическую кровлю. Сегодня вероятнее всего крыша покрыта профлистом или металлочерепицей. Их толщина много меньше 4 мм, при которых стальной лист считается абсолютно непробиваемым для молнии. В таких условиях современные нормативные документы СО-153-34.21.122-2003 и стандарт МЭК 62305 разрешают использовать кровлю в качестве молниеприемника при условии, что под ней нет горючих конструкций.
Всем известно, что в России стропила и обрешетка кровли индивидуальных строений деревянная. Мои попытки выяснить роль пропитки дерева современными огнезащитными средствами к однозначному ответу не привели. После обследования чердака собственного дома вопросы такого рода отпали сами собой. За годы на чердаке скапливается достаточно горючего хлама. При ударе молнии ее канал под кровлю не проникает, но на чердак попадает капля расплавленного металла массой в несколько грамм. Можно не сомневаться, что она найдет все, что может гореть.
Безо всяких сомнений кровлю из тонкого металла надо защищать от прямого удара молнии!
Даже двухэтажный дом на открытой местности вряд ли превысит по высоте 10 м. В такое сооружение в средней полосе России нужно ждать приблизительно 1 удара молнии за 50 лет эксплуатации. Для построившего дом это почти целая жизнь. И все-таки собственным домом лучше не рисковать. Любой инженер, знакомый с основами молниезащиты легко выберет нужный молниеотвод по зонам защиты. Надежности 0,9 вполне достаточно. При ожидаемой частоте ударов 1 раз за 50 лет при такой надежности прорыв молнии к дому в среднем произойдет единожды за 500 лет. Риск, по сути дела, ничтожный.
Теперь о совсем казалось бы безвыходной ситуации, когда рассчитывать на специалиста не приходится, равно как и на собственные знания. Отчаиваться не стоит. Металлический провод или трос, натянутый вдоль конька крыши с превышением около 2 м можно считать вполне допустимым решением. Для этой статьи была проведена серия компьютерных расчетов. Предполагалось что высота и длина здания равна 10 м (кстати, длина не имеет особого значения). Даже при практически плоской кровле натянутый трос при ширине здания 6 – 8 м перехватит на себя примерно 80 – 65% молний, доведя тем самым в среднем безопасный срок эксплуатации до 250 - 150 лет. Это намного лучше, чем ничего. При наклонной кровле положение становится заметно благоприятнее. Уже при перепаде высот в 1 м (между коньком и натянутым над ним тросом) расчетное время безопасной эксплуатации вырастет по сравнению с здесь приведенным еще примерно в 4 раза. Игра явно стоит свеч.
Полагаю, здесь не избежать вопроса о молниезащитной сетке. Очень трудно понять, почему она так желанна государственным контролирующим органам. На самом деле с сеткой все просто. Она предназначена для укладки на неметаллическую кровлю, когда требуется защита людей и оборудования на верхнем этаже под такой кровлей. (см. п. 2.11 РД 34.21.122-87). Имея превышение в 2-4 м над защищаемыми объектами сетка работает как многоэлектродный тросовый молниеотвод. На металлической поверхности сетка бесполезна. Молния не в состоянии различить ее при превышении в 3 – 4 мм.
Защита от электромагнитных наводок
Эта проблема особенно актуальна именно для сельской местности. Как правило электроснабжение там осуществляется по воздушным линиям 0,4 кВ достаточно большой протяженности, часто с обычными голыми проводами, разнесенными на расстояния в десятки сантиметров. Образованные таким образом контура – идеальное место возбуждения мощных электромагнитных наводок от тока молнии. Частота их возникновения намного больше частоты прямого удара молнии в дом. Без защиты здесь не обойтись, а устройства по защите от импульсных перенапряжений (УЗИП) дешевыми не назовешь. Важно минимизировать затраты, а для этого нужно знать, с каким токами будут работать УЗИП.
Прямой удар молнии в ЛЭП. Среднее расстояние от дома до ПС составляет около 300 м. При высоте поводов 5 м радиус стягивания с каждой стороны от ВЛ будет равно 15 м, что в совокупности дает площадь стягивания ~ 0.01 км2, а ежегодное число ударов молнии в средней полосе России будет близко к 0,03 – 0,04 (в среднем один удар за 30 – 25 лет). Это не слишком отличается от ожидаемого числа ударов собственно в дом.
Электромагнитные наводки молнии на ЛЭП. Ее уровень в проводах ВЛ обычного исполнения (голые провода) оценивается как
Рис. 2 К оценке ЭДС магнитной индукции от тока молнии
где AI – крутизна фронта тока молнии, а все геометрические размеры обозначены на рис. 2. Для ВЛ длиной 200 м при d = 0,5 м даже умеренный ток молнии с крутизной фронта всего в 40 кА/мкс индуцирует реально опасную наводку в 2,5 кВ с расстояния в 215 кВ. Частота такого события близка к одному воздействию за 4 года, несопоставимо чаще, чем прямой удар молнии. Именно это обстоятельство, казалось бы и должно определять выбор УЗИП. При индуцированном воздействии, через него не протекает ток молнии, а потому представляется разумным ограничиться УЗИП класса II на основе варистора, рабочим элементом которого является достаточно дешевая оксидоцинковая шайба (УЗИП ограничительного типа).
Смотрите также:
Вебинар "Программное обеспечение для расчёта надёжности молниезащиты любого объекта за 30 минут." Страница 3
Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 1
Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 2
Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 3