Молниезащита здания: что входит в систему и когда она необходима

Прямой удар молнии может повредить кровлю, вызвать пожар и вывести из строя электрооборудование. Опасность представляют и импульсные перенапряжения, которые распространяются по силовым, слаботочным и информационным линиям.

Для защиты здания, людей и оборудования применяется система молниезащиты. Она должна не только принять удар молнии, но и безопасно отвести ток в землю, а также ограничить перенапряжения во внутренних сетях.

Что такое молниезащита здания

Молниезащита — это комплекс технических решений, который снижает последствия прямого удара молнии и ее вторичных воздействий.

Система состоит из двух взаимосвязанных частей:

• внешней молниезащиты;

• внутренней молниезащиты.

Внешняя часть принимает разряд и отводит ток в землю. Внутренняя защищает электрические и электронные системы от перенапряжений и опасного искрения. Такое разделение предусмотрено СО 153-34.21.122-2003.

Установка только металлического стержня на крыше или только заземляющего контура не обеспечивает полноценную защиту здания.

Внешняя молниезащита

Внешняя система защищает здание от прямого удара молнии. Она включает три основных элемента: молниеприемники, токоотводы и заземляющее устройство.

Молниеприемники

Молниеприемник принимает разряд на себя. Его размещают так, чтобы здание, кровля и находящееся на ней оборудование попадали в расчетную зону защиты.

В зависимости от конструкции объекта применяются:

• стержневые молниеприемники;

• тросовые молниеотводы;

• молниеприемная сетка;

• комбинация нескольких решений.

В отдельных случаях в качестве естественных элементов молниезащиты могут использоваться металлические конструкции здания. Такое решение допустимо только после проверки их характеристик, соединений и способности безопасно проводить ток молнии.

Количество и высоту молниеприемников нельзя определять приблизительно. Зона защиты рассчитывается с учетом размеров здания, формы кровли и требуемого уровня молниезащиты.

Токоотводы

Токоотводы соединяют молниеприемники с заземляющим устройством. По ним ток молнии проходит от крыши к земле.

При проектировании учитывают:

• количество и расположение токоотводов;

• длину и форму трассы;

• сечение проводников;

• расстояние до окон, дверей и инженерных коммуникаций;

• защиту проводников от механических повреждений и коррозии;

• надежность соединений.

Трасса должна быть максимально короткой и прямой. Резкие изгибы и плохо выполненные соединения могут ухудшить отвод импульсного тока.

Заземляющее устройство

Заземляющее устройство принимает ток от токоотводов и распределяет его в грунте. Оно может включать вертикальные и горизонтальные электроды, соединенные между собой проводниками.

Параметры заземления зависят от:

• характеристик грунта;

• размеров объекта;

• конструкции фундамента;

• уровня молниезащиты;

• существующей системы заземления;

• расположения подземных коммуникаций.

Обычное защитное заземление электроустановки и заземление молниезащиты выполняют разные задачи. Их совместная работа должна быть предусмотрена проектом.

Внутренняя молниезащита

Даже если внешний молниеотвод принял удар, часть импульса может проникнуть во внутренние сети здания. Перенапряжение способно повредить автоматику, серверы, системы безопасности, частотные преобразователи и другое чувствительное оборудование.

Внутренняя молниезащита включает:

• уравнивание потенциалов;

• устройства защиты от импульсных перенапряжений;

• правильное заземление оборудования;

• экранирование и рациональную прокладку кабелей;

• соблюдение разделительных расстояний.

ГОСТ Р МЭК 62305-4-2016 указывает, что одной внешней системы и уравнивания потенциалов недостаточно для полноценной защиты чувствительного электрического и электронного оборудования. Для внутренних сетей требуется согласованная система устройств защиты от перенапряжений.

Уравнивание потенциалов

Металлические конструкции, трубопроводы, корпуса оборудования и другие проводящие элементы соединяют с системой уравнивания потенциалов.

Это снижает разность потенциалов между отдельными частями здания и уменьшает риск опасного искрения при прохождении тока молнии.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

УЗИП ограничивают кратковременные скачки напряжения и отводят импульсный ток в систему заземления.

Их могут устанавливать:

• во вводном распределительном устройстве;

• в распределительных щитах;

• рядом с чувствительным оборудованием;

• на линиях связи и передачи данных.

Устройства подбирают по типу сети, ожидаемому импульсному току, напряжению и месту установки. Несогласованные УЗИП или неправильное подключение могут снизить эффективность защиты.

Когда зданию необходима молниезащита

Необходимость устройства молниезащиты определяется проектом и расчетом риска. Единого правила, основанного только на высоте или площади здания, недостаточно.

При оценке учитывают:

• назначение объекта;

• размеры и высоту здания;

• расположение относительно окружающей застройки;

• интенсивность грозовой деятельности в регионе;

• количество людей;

• конструкцию и материалы кровли;

• наличие горючих или взрывоопасных веществ;

• стоимость оборудования;

• последствия отказа инженерных систем;

• наличие входящих силовых и информационных линий.

Оценка риска как основа выбора защитных мер предусмотрена ГОСТ Р МЭК 62305-2.

Особое внимание молниезащите требуется на следующих объектах:

• производственных предприятиях;

• складах горючих материалов;

• котельных и энергетических объектах;

• медицинских учреждениях;

• центрах обработки данных и серверных;

• зданиях с большим количеством людей;

• отдельно стоящих и высотных сооружениях;

• объектах с дорогостоящей автоматикой и средствами связи.

Защиту также необходимо пересмотреть после реконструкции, изменения высоты здания или установки на крыше антенн, солнечных панелей, вентиляционного оборудования и других конструкций. Новые элементы могут оказаться за пределами существующей зоны защиты.

Проектирование системы

Проект молниезащиты разрабатывается на основании характеристик конкретного объекта. В документации определяются:

• требуемый уровень молниезащиты;

• зоны защиты;

• тип и расположение молниеприемников;

• количество и трассы токоотводов;

• конструкция заземляющего устройства;

• разделительные расстояния;

• система уравнивания потенциалов;

• типы и места установки УЗИП;

• способы защиты силовых и слаботочных линий;

• требования к монтажу и контролю.

При проектировании учитывают СО 153-34.21.122-2003, ГОСТ Р 59789-2021, серию ГОСТ Р МЭК 62305 и профильные требования для конкретного типа объекта.

Молниезащиту следует согласовывать с проектами электроснабжения, заземления, слаботочных систем и размещения оборудования на кровле.

Распространенные ошибки

Установка молниеприемника без расчета

Высокий металлический стержень не гарантирует, что все здание находится в зоне защиты. Особенно это важно для сложной кровли и размещенного на ней оборудования.

Отсутствие защиты от перенапряжений

Внешняя молниезащита снижает последствия прямого удара, но не защищает электронику от всех импульсных воздействий. Для этого необходима внутренняя защита.

Подключение УЗИП без согласования

Устройства разных уровней должны работать как единая система. Ошибки в подборе, длине соединительных проводников и схеме заземления снижают их эффективность.

Использование случайных металлоконструкций

Металлическая кровля, арматура или каркас могут выполнять функции элементов молниезащиты только при соответствии установленным требованиям и наличии надежных электрических соединений.

Отсутствие проверки после реконструкции

Надстройка этажа, замена кровли или монтаж оборудования могут изменить зону защиты и пути прохождения тока.

Проверка и обслуживание

После монтажа проверяют соответствие системы проекту, целостность проводников, качество соединений и параметры заземляющего устройства.

Во время эксплуатации необходимо контролировать:

• состояние молниеприемников и токоотводов;

• надежность креплений и соединений;

• наличие коррозии и механических повреждений;

• сопротивление заземляющего устройства;

• состояние УЗИП;

• актуальность исполнительной документации.

Дополнительная проверка требуется после прямого удара молнии, ремонта кровли, строительных работ и изменения инженерного оборудования.

Заключение

Полноценная молниезащита здания включает внешнюю систему для приема и отвода тока молнии и внутренние средства защиты электрического и электронного оборудования.

Состав системы определяется расчетом. Необходимо учитывать характеристики здания, назначение объекта, последствия возможного повреждения и конфигурацию инженерных сетей.

«АЛЬФА-ЭНЕРГО» выполняет обследование объектов, проектирование, монтаж и испытания систем молниезащиты и заземления. Комплексный подход позволяет связать внешнюю и внутреннюю защиту с электроснабжением, автоматикой и другими инженерными системами здания.