МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДЕНО
приказом Минэнерго России
от 30.06.2003 № 280
УДК 621.316(083.13)
Часть 1
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Термины и определения
2.2. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
2.3. Параметры токов молнии
3. ЗАЩИТА ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ
3.1. Комплекс средств молниезащиты
3.2. Внешняя молниезащитная система
3.3. Выбор молниеотводов
4. ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ
4.1. Общие положения
4.2. Зоны защиты от воздействия молнии
4.3. Экранирование
4.4. Соединения
4.5. Заземление
4.6. Устройства защиты от перенапряжений
4.7. Защита оборудования в существующих зданиях
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ, ПОРЯДКУ ПРИЕМКИ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ И ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТРОЙСТВ МОЛНИЕЗАЩИТЫ
1. Разработка эксплуатационно-технической документации
2. Порядок приемки устройств молниезащиты в эксплуатацию
3. Эксплуатация устройств молниезащиты
Инструкция распространяется на все виды зданий, сооружений и промышленных коммуникаций независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности.
Инструкция предназначена для использования при разработке проектов, строительстве, эксплуатации, а также при реконструкции зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.
Для руководителей и специалистов проектных и эксплуатационных организаций.
1. ВВЕДЕНИЕ
Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (далее - Инструкция) распространяется на все виды зданий, сооружений и промышленные коммуникации независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности.
Инструкция предназначена для использования при разработке проектов, строительстве, эксплуатации, а также при реконструкции зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.
В случае, когда требования отраслевых нормативных документов являются более жесткими, чем в настоящей Инструкции, при разработке молниезащиты рекомендуется выполнять отраслевые требования. Также рекомендуется поступать, когда предписания Инструкции нельзя совместить с технологическими особенностями защищаемого объекта. При этом используемые средства и методы молниезащиты выбираются исходя из условия обеспечения требуемой надежности.
При разработке проектов зданий, сооружений и промышленных коммуникаций, помимо требований Инструкции, учитываются дополнительные требования к выполнению молниезащиты других действующих норм, правил, инструкций, государственных стандартов.
При нормировании молниезащиты за исходное принято положение, что любое ее устройство не может предотвратить развитие молнии.
Применение норматива при выборе молниезащиты существенно снижает риск ущерба от удара молнии.
Тип и размещение устройств молниезащиты выбираются на стадии проектирования нового объекта, чтобы иметь возможность максимально использовать проводящие элементы последнего. Это облегчит разработку и исполнение устройств молниезащиты, совмещенных с самим зданием, позволит улучшить его эстетический вид, повысить эффективность молниезащиты, минимизировать ее стоимость и трудозатраты.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Термины и определения
Удар молнии в землю - электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.
Точка поражения - точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.
Защищаемый объект - здание или сооружение, их часть или пространство, для которых выполнена молниезащита, отвечающая требованиям настоящего норматива.
Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние и внутренние устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.
Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) - комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.
Устройства защиты от вторичных воздействий молнии - устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.
Устройства для выравнивания потенциалов - элементы устройств защиты, ограничивающие разность потенциалов, обусловленную растеканием тока молнии.
Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.
Токоотвод (спуск) - часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.
Заземляющий контур - заземляющий проводник в виде замкнутой петли вокруг здания в земле или на ее поверхности.
Сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.
Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.
Соединенная между собой металлическая арматура - арматура железобетонных конструкций здания (сооружения), которая обеспечивает электрическую непрерывность.
Опасное искрение - недопустимый электрический разряд внутри защищаемого объекта, вызванный ударом молнии.
Безопасное расстояние - минимальное расстояние между двумя проводящими элементами вне или внутри защищаемого объекта, при котором между ними не может произойти опасного искрения.
Устройство защиты от перенапряжений - устройство, предназначенное для ограничения перенапряжений между элементами защищаемого объекта (например, разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжений или иное защитное устройство).
Отдельно стоящий молниеотвод - молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.
Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте - молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.
Зона защиты молниеотвода - пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.
Допустимая вероятность прорыва молнии - предельно допустимая вероятность Р удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами.
Надежность защиты определяется как 1 - Р.
Промышленные коммуникации - силовые и информационные кабели, проводящие трубопроводы, непроводящие трубопроводы с внутренней проводящей средой.
2.2. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты
Классификация объектов определяется по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.
Непосредственное опасное воздействие молнии - это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы и выделение опасных продуктов - радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов.
Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Для электронных устройств, установленных в объектах разного назначения, требуется специальная защита.
Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и специальные.
Обычные объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения, высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.
Специальные объекты:
объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения;
объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы)
прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например, строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.
В табл. 2.1 даны примеры разделения объектов на четыре класса.
Таблица 2.1
Примеры классификации объектов
| Объект | Тип объекта | Последствия удара молни |
| Обычный | Жилой дом | Отказ электроустановок, пожар и повреждение имущества. Обычно небольшое повреждение предметов, расположенных в месте удара молнии или задетых ее каналом |
| Ферма | Первоначально - пожар и занос опасного напряжения, затем - потеря электропитания с риском гибели животных из-за отказа электронной системы управления вентиляцией, подачи корма и т. д. | |
| Театр; школа; универмаг; спортивное сооружение | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий | |
| Банк; страховая компания; коммерческий офис | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных | |
| Больница; детский сад; дом для престарелых | Отказ электроснабжения (например, освещения), способный вызвать панику. Отказ системы пожарной сигнализации, вызывающий задержку противопожарных мероприятий. Потери средств связи, сбои компьютеров с потерей данных. Необходимость помощи тяжелобольным и неподвижным людям | |
| Промышленные предприятия | Дополнительные последствия, зависящие от условий производства - от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции | |
| Музеи и археологические памятники | Невосполнимая потеря культурных ценностей | |
| Специальный с ограниченной опасностью | Средства связи; электростанции; пожароопасные производства | Недопустимое нарушение коммунального обслуживания (телекоммуникаций). Косвенная опасность пожара для соседних объектов |
| Специальный, представляющий опасность для непосредственно го окружения | Нефтеперерабатывающие предприятия; заправочные станции; производства петард и фейерверков | Пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости |
| Специальный, опасный для экологии | Химический завод; атомная электростанция; биохимические фабрики и лаборатории | Пожар и нарушение работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды |
При строительстве и реконструкции для каждого класса объектов требуется определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанные в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов
| Уровень защиты | Надежность защиты от ПУМ |
| I II III IV |
0,98 0,95 0,90 0,80 |
Для специальных объектов минимально допустимый уровень надежности защиты от ПУМ устанавливается в пределах 0,9-0,999 в зависимости от степени его общественной значимости и тяжести ожидаемых последствий от ПУМ по согласованию с органами государственного контроля.
По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.
2.3. Параметры токов молнии
Параметры токов молнии необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий.
2.3.1. Классификация воздействий токов молнии
Для каждого уровня молниезащиты должны быть определены предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в нормативе, относятся к нисходящим и восходящим молниям.
Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимают это соотношение равным 10 % для разрядов с положительными токами и 90 % для разрядов с отрицательными токами.
Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока I, полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Qимп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах.
Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии. Крутизна оценивается в пределах 30 %-ного и 90 %-ного уровней от наибольшего значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.
2.3.2. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от прямых ударов молни
Значения расчетных параметров для принятых в табл. 2.2 уровней защищенности (при соотношении 10 % к 90 % между долями положительных и отрицательных разрядов) приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты
| Параметр молнии | Уровень защиты | ||
| I | II | III, IV | |
| Пиковое значение тока I, кА | 200 | 150 | 100 |
| Полный заряд Qполн, Кл | 300 | 225 | 150 |
| Заряд в импульсе Qимп, Кл | 100 | 75 | 50 |
| Удельная энергия W/R, кДж/Ом | 10000 | 5600 | 2500 |
| Средняя крутизна di/dt30/90%, кА/мкс | 200 | 150 | 100 |
2.3.3. Плотность ударов молнии в землю
Плотность ударов молнии в землю, выраженная через число поражений 1 км2 земной поверхности за год, определяется по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта.
Если же плотность ударов молнии в землю Ng неизвестна, ее можно рассчитать по следующей формуле, 1 / (км2·год)
Ng = 6,7·Тd / 100,(2.1)
где Тd - средняя продолжительность гроз в часах, определенная по региональным картам интенсивности грозовой деятельности
2.3.4. Параметры токов молнии, предлагаемые для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий молнии
Кроме механических и термических воздействий ток молнии создает мощные импульсы электромагнитного излучения, которые могут быть причиной повреждения систем, включающих оборудование связи, управления, автоматики, вычислительные и информационные устройства и т. п. Эти сложные и дорогостоящие системы используются во многих отраслях производства и бизнеса. Их повреждение в результате удара молнии крайне нежелательно по соображениям безопасности, а также по экономическим соображениям.
Удар молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных промежутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток. Параметры импульса тока первого компонента существенно отличаются от характеристик импульсов последующих компонентов. Ниже приводятся данные, характеризующие расчетные параметры импульсов тока первого и последующих импульсов (табл. 2.4 и 2.5), а также длительного тока (табл. 2.6) в паузах между импульсами для обычных объектов при различных уровнях защиты.
Таблица 2.4
Параметры первого импульса тока молнии
| Параметр тока | Уровень защиты | ||
| I | II | III, IV | |
| Максимум тока I, кА | 200 | 150 | 100 |
| Длительность фронта T1, мкс | 10 | 10 | 10 |
| Время полуспада Т2, мкс | 350 | 350 | 350 |
| Заряд в импульсе Qсум*, Кл | 100 | 75 | 50 |
| Удельная энергия в импульсе W/R**, МДж/Ом | 10 | 5,6 | 2,5 |
___________________
* Поскольку значительная часть общего заряда Qсум приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенной величине.
** Поскольку значительная часть общей удельной энергии W/R приходится на первый импульс, полагается, что общий заряд всех коротких импульсов равен приведенной величине.
Таблица 2.5
Параметры последующего импульса тока молнии
| Параметр тока | Уровень защиты | ||
| I | II | III, IV | |
| Максимум тока I, кА | 50 | 37,5 | 25 |
| Длительность фронта T1, мкс | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
| Время полуспада Т2, мкс | 100 | 100 | 100 |
| Средняя крутизна а, кА/мкс | 200 | 150 | 100 |
Таблица 2.6
Параметры длительного тока молнии в промежутке между импульсами
| Параметр тока | Уровень защиты | ||
| I | II | III, IV | |
| Заряд Qдл*, Кл | 200 | 150 | 100 |
| Длительность Т, с | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
___________________
* Qдл - заряд, обусловленный длительным протеканием тока в период между двумя импульсами тока молнии.
Средний ток приблизительно равен Qдл / Т.
Форма импульсов тока определяется следующим выражением:
i(t) = [I (t / τ1)10·exp (-t / τ2)] / h·[1 + (t / τ1)10], (2.2)
где I - максимум тока;
h - коэффициент, корректирующий значение максимума тока;
t - время;
τ1 - постоянная времени для фронта;
τ2 - постоянная времени для спада
Значения параметров, входящих в формулу (2.2), описывающую изменение тока молнии во времени, приведены в табл. 2.7.
Таблица 2.7
Значения параметров для расчета формы импульса тока молнии
| Параметр | Первый импульс | Последующий импульс | ||||
| Уровень защиты | Уровень защиты | |||||
| I | II | III, IV | I | II | III, IV | |
| I, кА | 200 | 150 | 100 | 50 | 37,5 | 25 |
| h | 0,93 | 0,93 | 0,93 | 0,993 | 0,993 | 0,993 |
| τ1, мкс | 19,0 | 19,0 | 19,0 | 0,454 | 0,454 | 0,454 |
| τ2, мкс | 485 | 485 | 485 | 143 | 143 | 143 |
Длительный импульс может быть принят прямоугольным со средним током I и длительностью Т, соответствующими данным табл. 2.6.
Смотрите также:
УЗИП и его плавкая вставка
Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты
Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"