Подход к нормированию заземлителей молниезащиты

Ниже пояснен принятый в РД 34.21.122—87 подход к выбору заземлителей молниезащиты зданий и сооружений.

Одним из эффективных способов ограничения грозовых перенапряжений в цепи молниеотвода, а также на металлических конструкциях и оборудовании объекта является обеспечение низких сопротивлений заземлителей. Поэтому при выборе молниезащиты нормированию подлежит сопротивление заземлителя или другие его характеристики, связанные с сопротивлением.

До недавнего времени для заземлителей молниезащиты нормировалось импульсное 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 заземлителей было принято равным 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 (амплитуды, крутизны, длины фронта), варьирующихся в широких пределах. С увеличением тока молнии импульсное сопротивление заземлителя падает, причем в возможном интервале распределения токов молнии (от единиц до сотен килоампер) его значение может уменьшаться в 2-5 раз.

При проектировании заземлителя нельзя предсказать значения токов молнии, которые будут через него растекаться, а следовательно, невозможно оценить наперед соответствующие значения импульсных сопротивлений. В этих условиях нормирование заземлителей по их импульсному сопротивлению имеет очевидные неудобства. Разумнее выбрать конкретные конструкции заземлителей по следующему условию. Импульсные сопротивления заземлителей во всем возможном диапазоне токов молнии не должны превышать указанных максимально допустимых значений.

Такое нормирование было принято в пп. 2.2, 2.13, 2.26, табл. 2: для ряда типовых конструкций были подсчитаны импульсные сопротивления при колебаниях токов молнии от 5 до 100 кА и по результатам расчетов проведен отбор заземлителей, удовлетворяющих принятому условию.

В настоящее время распространенными и рекомендуемыми (РД 34.21.122‑87, п. 1.8) конструкциями заземлителей являются железобетонные фундаменты. К ним предъявляется дополнительное требование — исключение механических разрушений бетона при растекании через фундамент токов молнии. Железобетонные конструкции выдерживают большие плотности растекающихся по арматуре токов молнии, что связано с кратковременностью этого растекания. Единичные железобетонные фундаменты (сваи длиной не менее 5 или подножники длиной не менее 2 м) способны без разрушения выдерживать токи молнии до 100 кА, по этому условию в табл. 2 РД 34.21.122‑87 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 объем проектных работ.

9. ПРИМЕРЫ ИСПОЛНЕНИЯ МОЛНИЕЗАЩИТЫ РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ* (РИС. П4.2-П4.Э)

* Разработаны ВНИПИ Тяжпромэпсктропроект, институтом Гипротрубопровод и ГИАП,

 

Рис. П4.2. Молниезащита здания I категории отдельно стоящим двойным стержневым молниеотводом (r = 300 Ом×м, S_в£4 м, S_з£6 м):

1 — граница зоны защиты; 2 — заземлители-подножники фундамента; 3 — зона защиты на отметке 8,0 м

 

 

Рис. П4.3. Молниезащита здания I категории отдельно стоящим тросовым молниеотводом (r = 300 Ом×м, S_в£4 м, S_з£6 м, S_в1³3,5 м):

1 — трос; 2 — граница зоны защиты; 3 — ввод подземного трубопровода; 4 — граница распространения взрывоопасной концентрации; 5 — соединения арматуры, выполняемые сваркой; 6 — железобетонный фундамент; 7 — закладные элементы для присоединения оборудования; 8 — заземляющий проводник из стали 4х40 мм; 9 — заземлители — железобетонные подножники; 10 — граница зоны защиты на отметке 10,5 м

 

 

Рис П4.4. Молниезащита здания II категории сеткой, уложенной на кровлю под гидроизоляцию:

1 — молниеприемная сетка; 2 — гидроизоляция здания; 3 — опора здания; 4 — стальная перемычка; 5 — арматура колонны; 6 — заземлители, железобетонные фундаменты; 7 — закладная деталь; 8 — опора эстакады; 9 ‑ технологическая эстакада

 

Рис. П4.5. Молниезащита здания II категории с металлическими фермами (в качестве токоотводов и заземлителей использована арматура железобетонных колонн и фундаментов):

1 — арматура колонны; 2 — арматура фундамента; 3 — заземлитель; 4 — стальная ферма; 5 — железобетонная колонна; 6 — анкерные болты, привариваемые к арматуре; 7 — закладная деталь

 

 

Рис. П4.6. План цеха компрессии азотоводородной смеси (относится к взрывоопасным с зоной класса В-1а):

Условные обозначения:

D — стержневой молниеотвод (№ 1-6); —.—.—.‑ токоотводящая металлическая полоса;

О — газоотводные трубы для отвода в атмосферу газов невзрывоопасной концентрации;

· — то же взрывоопасной концентрации

 

 

Рис, П4.7. Молниезащита металлического резервуара вместимостью 20 тыс. м³ со сферической крышей:

1 — дыхательный клапан; 2 — область выброса газов взрывоопасной концентрации; 3 — граница зоны защиты; 4 — зона защиты на высоте h_x = 23,7м; 5 ‑ то же на высоте h_x=22,76 м

 

 

 

Рис. П4.8. Молниезащита металлического резервуара вместимостью 20 тыс. м³ со сферической крышей и понтоном:

1 — клапан аварийного выброса газов; 2, 3 ‑ то же, что на рис. 4.7; 4 ‑ понтон; 5 — зона защиты на высоте h_х = 23м; 6 ‑ гибкий кабель

 

Рис. П4.9. Молниезащита сельского дома тросовым молниеотводом, установленным на крыше:

1 — тросовый молниеприемник; 2 — ввод воздушной линии электропередачи (ВЛ) и заземление крюков ВЛ на стене; 3 — токоотвод; 4 — заземлитель