Приложение Е (справочное). Основные положения по проектированию, монтажу, техническому обслуживанию и осмотру систем молниезащиты

Приложение Е
(справочное)

Основные положения по проектированию, монтажу, техническому обслуживанию и осмотру систем молниезащиты

Е.1 Общие положения

В настоящем приложении приведены указания по проектированию, монтажу, техническому обслуживанию и осмотру СМЗ, выполненных в соответствии с настоящим стандартом.

Данное приложение следует применять только совместно с другими частями настоящего стандарта.

Приведенные примеры методов защиты получили одобрение международных экспертов.

Примечание - Примеры, приведенные в данном приложении, иллюстрируют один из возможных методов обеспечения молниезащиты. Другие методы могут быть также эффективными.

Е.2 Структура данного приложения

В этом приложении номера основных разделов соответствуют номерам разделов настоящего стандарта. Это упрощает ссылки между двумя частями. При этом не все разделы приведены в данном приложении.

Примером является раздел Е.3, не используемый в данном приложении.

Е.3 Свободный раздел

Е.4 Проектирование систем молниезащиты

Е.4.1 Введение

Конструкция СМЗ для существующего сооружения всегда должна быть сопоставлена с другими средствами защиты от молнии, которые соответствуют настоящему стандарту и которые обеспечивают тот же уровень защиты, но при меньшей стоимости. Для выбора наиболее подходящих средств защиты используют ГОСТ Р МЭК 62305-2.

Система молниезащиты должна быть спроектирована и смонтирована проектировщиками и монтажниками СМЗ.

Проектировщик и монтажник СМЗ должны проводить анализ как электрического, так и механического воздействия удара молнии и должны владеть знаниями в области основных принципов электромагнитной совместимости (ЭМС).

Кроме того, проектировщик СМЗ должен оценивать влияние коррозии и анализировать необходимость помощи экспертов.

Проектировщик и монтажник СМЗ должны быть обучены надлежащему проектированию и монтажу компонентов СМЗ в соответствии с требованиями настоящего стандарта и других национальных стандартов, регулирующих строительные и монтажные работы.

Функции проектировщика и монтажника СМЗ могут быть возложены на одного и того же специалиста. Специалист в области проектирования или монтажа должен владеть всесторонними знаниями стандартов, имеющих отношение к данному вопросу, и иметь опыт работы.

Планирование, реализация и испытание СМЗ включают целый ряд областей техники, в ходе проведения которых требуется координация всех участников, связанных с сооружением, в целях обеспечения выбранного уровня молниезащиты при минимальной стоимости и с минимальными усилиями. Организация работ по созданию СМЗ будет эффективной в том случае, если будут выполнены этапы, приведенные на рисунке Е.1. Важное значение имеют меры по обеспечению качества, особенно для сооружений, насыщенных протяженными электрическими и электронными установками.

Мероприятия по обеспечению качества выполняют на протяжении всего процесса начиная с этапа планирования, на котором должны быть утверждены все чертежи, на этапе монтажа СМЗ, во время которого должны быть проверены все необходимые части СМЗ, которые станут недоступными для осмотра после окончания строительных работ. Мероприятия по обеспечению качества проводят также на этапе приемки, когда должны быть произведены окончательные измерения параметров СМЗ одновременно с выполнением окончательной документации по испытаниям и, наконец, в течение всего срока службы СМЗ посредством проведения периодических осмотров в соответствии с программой технического обслуживания.

Если сооружение или его установки подверглись изменениям, должна быть выполнена проверка соответствия существующей СМЗ требованиям настоящего стандарта. Если будет обнаружено, что СМЗ не соответствует требованиям стандарта, она должна быть немедленно доработана.

Материалы, размещение и размеры системы молниеприемников, токоотводов, заземляющего устройства, системы уравнивания потенциалов, компонентов и т.п. должны соответствовать настоящему стандарту.

Примечание - Сопряжение, отмеченное символом "", требует полного взаимодействия архитектора, инженера и проектировщика СМЗ.

Рисунок Е.1 - Блок-схема проектирования системы молниезащиты

Е.4.2 Проектирование системы молниезащиты

Е.4.2.1 Порядок планирования

Перед началом детальной работы над проектом проектировщик СМЗ должен, при возможности, получить основную информацию, касающуюся назначения, конструкции и расположения сооружения.

Если вопрос о характеристиках СМЗ еще не решен органом, выдающим лицензию, страховой компанией или заказчиком, проектировщик СМЗ должен определить, требуется ли выполнение молниезащиты сооружения в соответствии с методиками оценки риска, приведенными в ГОСТ Р МЭК 62305-2.

Е.4.2.2 Консультации

Е.4.2.2.1 Общая информация

На стадиях проектирования и строительства нового сооружения проектировщик, монтажник СМЗ и другие лица, ответственные за оборудование в сооружении или за соблюдение правил использования сооружения (например, заказчик, архитектор и строитель), должны проводить регулярные консультации.

Блок-схема, приведенная на рисунке Е.1, будет способствовать рациональному проектированию СМЗ.

На стадии проектирования и монтажа СМЗ для существующего здания следует проводить консультации с лицами, ответственными за сооружение, его использование, оборудование и входящие сети.

Такие консультации могут быть организованы владельцем, строительным подрядчиком сооружения или их уполномоченными представителями. Для существующих сооружений проектировщик СМЗ должен предоставлять чертежи, которые должны быть согласованы и, при необходимости, скорректированы организацией, выполняющей монтаж СМЗ.

Регулярные консультации между участвующими сторонами должны привести к созданию эффективной СМЗ при минимальной стоимости. Например, координация проектных работ по СМЗ со строительными работами часто приводит к отказу от части проводников уравнивания потенциалов и к уменьшению длины тех, которые необходимы. Стоимость строительства, как правило, значительно сокращается за счет обеспечения общих трасс для различных установок в сооружении.

Консультации имеют важное значение на всех стадиях строительства сооружения, так как из-за изменений в проекте сооружения могут потребоваться изменения в СМЗ. Консультации необходимы также потому, что во время их проведения может быть согласован осмотр тех частей СМЗ, которые после завершения строительства сооружения будут недоступны для визуального контроля. Во время этих консультаций должно быть определено расположение соединений между естественными компонентами и СМЗ. На вновь строящихся объектах консультации могут организовывать и проводить архитекторы.

Е.4.2.2.2 Основные консультирующиеся стороны

Проектировщик СМЗ должен проводить необходимые технические консультации со всеми сторонами, участвующими в проектировании и строительстве сооружения, включая собственника сооружения.

Конкретные области ответственности в части установки всей СМЗ должны быть определены проектировщиком СМЗ совместно с архитектором, подрядчиком электрической части, строительным подрядчиком, монтажником СМЗ (поставщиком СМЗ) и, при необходимости, консультантом по истории и собственником или его представителем.

Уточнение зоны ответственности различных участников, вовлеченных в организацию проектирования и строительства СМЗ, особенно важно. Примером может быть такой случай, когда гидроизоляция сооружения нарушается компонентами СМЗ, смонтированными на крыше, или соединительными проводниками заземляющего устройства, размещенными ниже фундамента сооружения.

Е.4.2.2.2.1 Архитектор

С архитектором должны быть согласованы следующие вопросы:

a) трассы прокладки проводников СМЗ;

b) материалы компонентов СМЗ;

c) детали металлических труб, водостоков, ограждений и аналогичных элементов;

d) детали любого оборудования, аппаратуры, установок и т.п., которые должны быть установлены на крыше, внутри или вблизи сооружения и которые могут потребовать перемещения установок или уравнивания потенциалов с СМЗ из-за разделительного расстояния. Примерами таких установок являются системы предупредительной сигнализации, охранные системы, внутренние системы связи, технологические системы обработки сигналов и данных, сети радио и телевидения;

e) размещение любой подземной проводящей коммуникации, которая может влиять на расположение заземляющего устройства и вызвать необходимость перемещения на безопасное расстояние от СМЗ;

f) общая площадь, доступная для выполнения заземляющего устройства;

g) количество работ и зоны ответственности за первичное крепление СМЗ к сооружению, например тех креплений, которые влияют на водонепроницаемость материала (главным образом, крыши), и т.п.;

h) проводящие материалы, которые могут быть использованы в сооружении, особенно любые электрически непрерывные металлические части, для которых может потребоваться соединение с СМЗ для уравнивания потенциалов, например: колонны, стальная арматура и металлические коммуникации, входящие, выходящие или расположенные внутри сооружения;

i) внешний вид СМЗ;

j) воздействие СМЗ на материалы сооружения;

k) расположение точек соединения со стальной арматурой, особенно в тех местах, где она пересекается с внешними проводящими частями (трубами, кабельными экранами и т.п.);

l) соединение СМЗ с СМЗ соседних зданий.

Е.4.2.2.2.2 Общественные коммунальные службы

Уравнивание потенциалов входящих сетей с СМЗ напрямую, или, если это невозможно, через разделительные искровые разрядники, или через устройства защиты от перенапряжений должно быть согласовано с оператором или администрацией, так как могут быть выставлены противоречащие требования.

Е.4.2.2.2.3 Пожарная служба и служба безопасности

Должно быть достигнуто соглашение с пожарной службой и службой безопасности по следующим вопросам:

- расположение компонентов системы предупредительной сигнализации и системы пожаротушения;

- трассы, материал и перекрытие кабельных каналов;

- метод защиты, который должен быть использован в том случае, если крыша сооружения изготовлена из огнеопасных материалов.

Е.4.2.2.2.4 Электронные системы и внешние антенные установки

Должно быть достигнуто соглашение с организациями, ответственными за монтаж электронных систем и антенных установок, по следующим вопросам:

- изоляция от СМЗ или уравнивание потенциалов с СМЗ антенных опор и проводящих экранов кабелей;

- трассировка антенных кабелей и внутренней сети;

- установка устройств защиты от перенапряжений.

Е.4.2.2.2.5 Строители и монтажники

Должно быть достигнуто соглашение между строителями, монтажниками и с теми, кто отвечает за конструкцию сооружения и его технического оборудования, по следующим вопросам:

a) вид, расположение и количество первичных устройств крепления СМЗ, которые должны быть обеспечены строителями;

b) количество устройств крепления, предусмотренное проектировщиком СМЗ (или подрядчиком СМЗ, или поставщиком СМЗ), которое должно быть установлено строителями;

c) расположение проводников СМЗ, которые должны быть размещены под сооружением;

d) возможность использования компонентов СМЗ на стадии строительства, например: использование постоянного заземляющего устройства для заземления кранов, лебедок и других металлических объектов во время строительных работ на площадке;

e) для сооружений со стальным каркасом - количество и расположение колонн, способ крепления, который должен быть предусмотрен для присоединения заземляющих устройств и других компонентов СМЗ;

f) допустимость использования металлических покрытий в качестве компонентов СМЗ;

g) способ обеспечения электрической непрерывности отдельных частей металлических покрытий и способ их присоединения к остальной части СМЗ в тех местах, где металлические покрытия могут быть использованы в качестве компонентов СМЗ;

h) назначение и расположение коммуникаций, входящих в сооружение над и под землей, включая конвейерные системы, телевизионные и радиоантенны и их опорные металлические конструкции, металлические воздуховоды и пневмоочистители окон;

i) координация заземления СМЗ с системой уравнивания потенциалов электросетей и сетей связи;

j) расположение и количество флагштоков, служебных помещений на уровне крыши, например: машинных помещений лифтов, служебных помещений отопления и кондиционирования воздуха, водяных баков и других выступающих объектов;

k) конструкция крыши и стен для определения необходимых способов крепления проводников СМЗ с учетом обеспечения водонепроницаемости сооружения;

l) обеспечение сквозных проемов в сооружении для прокладки токоотводов СМЗ;

m) обеспечение соединений для уравнивания потенциалов со стальными фермами, арматурными стержнями и другими проводящими частями сооружения;

n) периодичность осмотров компонентов СМЗ, которые станут в последующем недоступными, например стальной железобетонной арматуры;

о) выбор наиболее подходящего металла для проводников с учетом коррозии, особенно в месте контакта разнородных металлов;

р) доступность испытательных зажимов, обеспечение защиты с помощью неметаллических оболочек от механических повреждений или хищений, опускания флагштоков или других передвижных объектов, средств для периодических осмотров, особенно для дымовых труб;

q) подготовка чертежей, включающих в себя все указанные выше детали, и на которых приведено расположение всех проводников и основных компонентов;

r) расположение точек соединения со стальной арматурой.

Е.4.2.3 Требования к электрической и механической части

Е.4.2.3.1 Проектирование электрической части

Разработчик должен выбрать соответствующий тип СМЗ для получения наиболее эффективной конструкции. Для этого необходимо рассмотреть архитектурную часть проекта сооружения и определить, какая СМЗ должна быть применена - изолированная, неизолированная или комбинация обоих типов молниезащиты.

Измерения удельного сопротивления грунта следует выполнять до завершения проекта СМЗ, при проектировании должны быть учтены сезонные изменения удельного сопротивления грунта.

В процессе проектирования СМЗ должна быть рассмотрена возможность использования проводящих частей сооружения в качестве естественных компонентов СМЗ для улучшения характеристик или в качестве основных компонентов СМЗ.

Обязанностями проектировщика СМЗ являются оценка электрических и механических свойств естественных компонентов СМЗ и обеспечение их соответствия минимальным требованиям настоящего стандарта.

Использование металлической арматуры, например стальной арматуры железобетона, в качестве проводников СМЗ требует тщательного анализа и знания строительных стандартов, применяемых к защищаемому сооружению. Стальной каркас железобетона может быть использован в качестве проводников СМЗ или экранирующего слоя для снижения уровня электромагнитных полей в сооружении, создаваемых при протекании тока молнии по изолированной СМЗ. При этом конструкция СМЗ может быть упрощена, особенно в специальных сооружениях, насыщенных протяженными электрическими и электронными установками.

Для токоотводов при соблюдении минимальных требований к естественным компонентам, приведенным в 5.3.5, требуется точная детализация конструкции.

Е.4.2.3.2 Проектирование механической части

Проектировщик СМЗ после завершения электрической части проекта должен проконсультироваться со специалистами, ответственными за сооружение, в отношении механической части проекта.

Согласование в части эстетики значимы также, как и правильный выбор материалов для ограничения опасности коррозии.

Минимальные размеры компонентов СМЗ для различных частей СМЗ приведены в таблицах 3, 6-9.

Материалы, используемые для компонентов СМЗ, приведены в таблице 5.

Примечание - Для выбора других компонентов, таких как стержневые молниеприемники и зажимы, следует принимать во внимание ГОСТ Р МЭК 62561.1 - ГОСТ Р МЭК 62561.7. Это будет гарантировать, что нагрев и механическая прочность таких компонентов учтены.

Если размеры и материалы не соответствуют требованиям таблиц 5-7, то проектировщик СМЗ на основе электрических параметров тока молнии, определенных для выбранного класса СМЗ, согласно таблице 1 должен рассчитать нагрев проводников при протекании тока молнии и выбрать их необходимые размеры.

Если для поверхности, на которой должны быть закреплены компоненты, имеет значение их нагрев (или из-за огнеопасных свойств этой поверхности, или из-за того, что она имеет низкую температуру плавления), то либо проводник должен быть выбран с большей площадью поперечного сечения, либо должны быть рассмотрены другие меры безопасности, такие как установка СМЗ на некотором расстоянии от поверхности либо установка дополнительных огнеупорных слоев.

Проектировщик СМЗ должен выявить все зоны с опасностью коррозии и определить соответствующие мероприятия.

Влияние коррозии на СМЗ может быть уменьшено либо за счет увеличения сечения материала, либо использования компонентов с большей устойчивостью к коррозии, либо принятия других мер защиты от коррозии.

Проектировщик СМЗ и монтажник СМЗ должны выбрать устройства крепления и фиксации проводников, которые будут способны выдерживать электродинамические воздействия при протекании тока молнии по проводникам, а также позволят растягиваться и сжиматься проводникам при изменении температуры.

Для достижения данной цели применяют компоненты, испытания которых проведены в соответствии с ГОСТ Р МЭК 62561.1 - ГОСТ Р МЭК 62561.7.

Е.4.2.3.3 Сооружение с консольной частью

Для уменьшения вероятности того, что человек, стоящий под консольной частью сооружения, станет путем для тока молнии, протекающего по токоотводу, проложенному на консольной стене, фактическое расстояние d, м, должно соответствовать следующему условию:

,

(Е.1)

где s - разделительное расстояние в метрах, рассчитанное по формуле (4).

Значение 2,5 представляет собой высоту до кончиков пальцев человека, когда он вытягивает свою руку вертикально вверх (см. рисунок Е.2).

В петле проводника, показанной на рисунке Е.2, возможно возникновение значительного индуктивного падения напряжения, которое может вызвать электрический пробой и протекание тока молнии сквозь стену сооружения, вызывая тем самым повреждение.

d - фактическое расстояние более s; s - разделительное расстояние, определяемое по формуле (4); l - длина для расчета разделительного расстояния s

Примечание - Высота человека с поднятой рукой принята равной 2,5 м.

Рисунок Е.2 - Проект системы молниезащиты для консольной части сооружения

Если условия по 6.3 не выполнены, то должен быть предусмотрен путь для прохождения тока молнии сквозь стену сооружения в тех точках, где может возникнуть пробой в условиях, показанных на рисунке Е.2.

Е.4.3 Железобетонные сооружения

Е.4.3.1 Общие положения

Промышленные сооружения часто имеют в своем составе монолитные железобетонные секции, выполненные на месте. В других случаях части сооружения могут быть из сборного железобетона или содержать стальные части.

Стальная арматура в железобетонных сооружениях, соответствующая 4.3, может быть использована в качестве естественного компонента СМЗ.

Такие естественные компоненты должны соответствовать требованиям:

- к токоотводам в соответствии с 5.3;

- заземляющим устройствам в соответствии с 5.4.

Выполнение требования максимального общего сопротивления, равного 0,2 Ом, может быть проверено измерением сопротивления между системой молниеприемников и шиной заземляющего устройства на уровне земли с помощью измерительного оборудования по четырехпроводной схеме (два токовых и два потенциальных проводника), как показано на рисунке Е.3. Ток источника при измерениях должен быть не менее 10 А.

Примечание - Если доступ к зонам испытания затруднен или затруднена прокладка измерительных кабелей, то для выполнения испытаний в каждой точке сверху донизу могут быть предусмотрены специально предназначенные шины. Общее сопротивление соединений плюс сопротивление токоотводов могут быть определены расчетом.

Кроме того, стальная арматура в бетоне при надлежащем использовании должна формировать каркас для уравнивания потенциалов внутренней СМЗ в соответствии с 6.2.

Дополнительно стальная железобетонная арматура сооружения, если она выполнена соответствующим образом, может служить в качестве электромагнитного экрана, помогающего защитить электрическое и электронное виды оборудования от помех, вызванных электромагнитными полями молнии, в соответствии с ГОСТ Р МЭК 62305-4.

М1, М2 - выводы для токовых электродов; S1, S2 - выводы для потенциальных электродов

Рисунок Е.3 - Измерение общего электрического сопротивления

Если арматура железобетона и любые другие стальные конструкции сооружения и снаружи, и внутри соединены таким образом, что выполняется требование электрической непрерывности в соответствии с 4.3, то может быть достигнута эффективная защита от физических повреждений.

Считается, что ток, протекающий по арматуре железобетона, будет протекать по большому числу параллельных ветвей. Импеданс получающейся сетки низок, и, соответственно, падение напряжения при протекании тока молнии будет также низким. Магнитное поле, создаваемое током в сетке стальной арматуры, будет слабым из-за низкой плотности тока и из-за наличия параллельных цепей тока, генерирующих противоположные поля. Влияние на проходящие рядом внутренние электрические сети будет тем самым снижено.

Примечание - Вопросы защиты от электромагнитных помех рассмотрены в ГОСТ Р МЭК 62305-4 и [7].

Если стены помещения полностью выполнены из железобетона, электрическая непрерывность арматуры которых соответствует 4.3, то магнитное поле вблизи стен, вызванное током молнии, протекающим по арматуре, будет слабее, чем в помещении сооружения, защищенного СМЗ с обычными токоотводами. Благодаря низкому наведенному напряжению в контурах проводников в помещении может быть улучшена защита от повреждений внутренних систем.

После завершения стадии строительства становится практически невозможным определить расположение и конструкцию стальной арматуры. Следовательно, расположение стальной арматуры, используемой для молниезащиты, должно быть четко задокументированным. Это может быть выполнено с помощью чертежей, описаний и фотографий, сделанных во время строительства.

Е.4.3.2 Использование арматуры железобетона

Для обеспечения надежного электрического соединения со стальной арматурой должны быть предусмотрены проводники уравнивания потенциалов или заземляющие шины.

В качестве естественных проводников СМЗ и точек присоединения для внутренней системы уравнивания потенциалов могут быть использованы металлические рамы, которые, например, размещены на сооружении.

Практическим примером является использование для обеспечения уравнивания потенциалов анкерных болтов фундаментов или закладных элементов фундаментов машин, аппаратов или корпусов оборудования. Рисунок Е.4 иллюстрирует расположение арматуры и шин уравнивания потенциалов в промышленном здании.

При проектировании СМЗ места расположения зажимов уравнивания потенциалов в сооружении должны быть определены в начале стадии планирования, о чем должен быть уведомлен подрядчик строительных работ.

С подрядчиком строительства здания должны быть проведены консультации для определения допустимости сварки арматуры, возможности применения зажимов или обязательности выполнения дополнительных проводников. Вся необходимая работа должна быть осуществлена и проверена до заливки бетона (т.е. планирование СМЗ должно быть выполнено совместно с проектированием сооружения).

1 - электрическое силовое оборудование; 2 - стальная балка; 3 - металлическое покрытие фасада; 4 - точка присоединения; 5 - электрический или электронный виды оборудования; 6 - шина уравнивания потенциалов; 7 - стальная арматура железобетона (с наложенными проводниками сетки); 8 - фундаментный заземлитель; 9 - общий ввод различных коммуникаций

Рисунок Е.4 - Уравнивание потенциалов в железобетонном сооружении

Е.4.3.3 Соединение со стальной арматурой железобетона сваркой или зажимом

Непрерывность арматурных стержней должна быть обеспечена соединениями зажимом или сваркой.

Примечание - Для применения пригодны зажимы, соответствующие требованиям ГОСТ Р МЭК 62561.1.

Сварка арматурных стержней допускается только при согласии проектировщика проекта строительных работ. Арматурные стержни должны быть сварены на длине не менее 50 мм (см. рисунок Е.5).

а) Сварные соединения (для тока молнии и целей ЭМС)

b) Соединения с помощью зажима в соответствии с ГОСТ Р МЭК 62561.1 (для тока молнии и целей ЭМС)

с) Соединения с помощью вязки, применяемые в условиях тока молнии и целей ЭМС

d) Соединения с помощью вязки, пригодные только для целей ЭМС

Рисунок Е.5 - Типовые способы соединения арматуры железобетона (необходимо согласование со строителями)

Присоединение к внешним элементам СМЗ должно быть выполнено при помощи арматурного стержня, выведенного из бетона в установленном месте, или специального стержня, или шины, выведенных из бетона и приваренных к арматуре или соединенных с ней посредством зажимов.

Если соединения между арматурой железобетона и проводником уравнивания потенциалов выполнены при помощи зажима, в целях безопасности всегда должны быть использованы два проводника уравнивания потенциалов (или один проводник уравнивания потенциалов, присоединенный двумя зажимами к разным арматурным стержням), так как эти соединения не могут быть проверены после заливки бетона. Если проводник уравнивания потенциалов и арматурный стержень выполнены из разнородных металлов, место соединения должно быть герметично защищено влагостойким компаундом.

На рисунке Е.6 показаны зажимы для соединений арматурных стержней и проводников прямоугольного поперечного сечения; на рисунке Е.7 - конструктивные элементы для присоединения внешней системы молниезащиты к арматуре железобетона.

Размеры проводников уравнивания потенциалов должны быть выбраны в соответствии с током молнии, протекающим в точке соединения (см. таблицы 8 и 9).

а) Круглый проводник с арматурным стержнем

b) Проводник прямоугольного сечения с арматурным стержнем

1 - арматурный стержень; 2 - круглый проводник; 3 - болт; 4 - проводник прямоугольного поперечного сечения

Рисунок Е.6 - Примеры зажимов, используемых для соединения арматурных стержней и проводников

Е.4.3.4 Материалы

Дополнительные проводники, размещенные в бетоне для целей молниезащиты, могут быть выполнены из следующих материалов: сталь, мягкая сталь, оцинкованная сталь, нержавеющая сталь, сталь, покрытая медью, и медь.

Поведение слоя цинка на стали в бетоне весьма сложное, особенно в бетоне, содержащем хлориды. Цинк при контакте со стальной арматурой будет быстро корродировать и при определенных условиях может вызвать повреждение бетона. По этой причине оцинкованную сталь не следует применять в прибрежных зонах и тех местах, где в грунтовых водах может быть соль. Поскольку применение оцинкованной стали в бетоне требует оценки многих внешних факторов, этот материал должен быть использован только после тщательного анализа. С учетом этого применение других упомянутых материалов представляется более предпочтительным по сравнению с использованием оцинкованной стали.

Для исключения путаницы между различными типами стальных стержней в бетоне рекомендуется в качестве дополнительных проводников использовать гладкую стальную арматуру круглого сечения диаметром не менее 8 мм с целью их отличия от стандартной арматуры периодического профиля.

1 - проводник уравнивания потенциалов; 2 - гайка, приваренная к стальному проводнику уравнивания потенциалов; 3 - проводник уравнивания потенциалов, соединяющий со стальной арматурой ^*; 4 - точка уравнивания потенциалов из цветного металла в бетоне; 5 - многопроволочный медный проводник уравнивания потенциалов; 6 - средство защиты от коррозии; 7 - С-образная стальная шина (С-образный монтажный кронштейн); 8 - сварка

------------------------------

^*_{Проводник уравнивания потенциалов, соединяющий со стальной арматурой, во многих точках присоединен к стальным стержням сваркой или зажимами.}

------------------------------

Примечание - Конструкция, показанная на рисунке Е.7, с), не всегда допускается в инженерной практике.

Рисунок Е.7 - Примеры точек соединения с арматурой в железобетонной стене

Е.4.3.5 Коррозия

В тех местах, где через бетонную стену проходят стальные арматурные проводники уравнивания потенциалов, особое внимание должно быть уделено защите от химической коррозии.

Наиболее простым средством защиты от коррозии является использование кремнийорганического каучука или битумного покрытия вблизи точки выхода из стены, например 50 мм или более в стене и 50 мм или более снаружи стены [см. рисунок Е.7, с)]. Однако обычно это не считается приемлемым инженерным решением. Наиболее эффективным считают использование проводников, специально разработанных для этой цели, как показано на других примерах рисунка Е.7.

В тех местах, где через бетонную стену проходят медные и покрытые медью стальные проводники уравнивания потенциалов, опасность возникновения коррозии отсутствует при условии использования одножильного проводника, специальной точки уравнивания потенциалов, покрытия поливинилхлоридом (ПВХ) или изолированного провода [см. рисунок Е.7, b)]. Для проводников уравнивания потенциалов из нержавеющей стали, соответствующих требованиям таблиц 6 и 7, средства защиты от коррозии не требуются.

В случае крайне агрессивной окружающей среды проводник уравнивания потенциалов, проходящий через стену, рекомендуют выполнять из нержавеющей стали.

Примечание - Применение оцинкованной стали, расположенной за пределами бетона и находящейся в контакте со стальной арматурой внутри железобетона, в определенных условиях может привести к повреждению бетона.

Гайки или детали из мягкой стали в бетоне на наружной стороне стены должны быть защищены от коррозии. Для обеспечения электрического контакта через защитное покрытие гайки должны быть использованы зубчатые стопорные шайбы [см. рисунок Е.7, а)].

Дополнительная информация по защите от коррозии приведена в Е.5.6.2.2.2.

Е.4.3.6 Соединения

Исследования показывают, что соединения вязкой [рисунок E.5, d)] не пригодны для соединений, проводящих ток молнии. Имеется риск того, что вязальная проволока взорвется и повредит бетон. Однако в соответствии с более ранними исследованиями можно предположить, что по меньшей мере каждое третье подобное соединение образует электропроводящую связь, и поэтому практически все стержни арматуры электрически взаимосвязаны. Измерения, выполненные на железобетонных сооружениях, подтверждают это заключение.

Следовательно, для соединений, проводящих ток молнии, наиболее предпочтительными являются сварка и соединение с помощью зажима. Соединения вязкой в соответствии с рисунком E.5, d) подходят только для соединения дополнительных проводников уравнивания потенциалов и для целей ЭМС.

Присоединения внешних цепей к взаимосвязанной железобетонной арматуре должны быть выполнены с помощью зажимов или сварки.

Сварные швы между арматурными стержнями (см. рисунок Е.5) внутри бетона должны быть длиной не менее 50 мм. Пересекающиеся стержни должны быть изогнуты таким образом, чтобы на расстоянии не менее 70 мм они были параллельными друг другу для сварки.

Примечание - Если сварка разрешена, допускается как стандартная, так и экзотермическая сварки.

Если сваренные стержни должны быть залиты в бетон, недостаточно заварить точки пересечения сварным швом длиной всего несколько миллиметров. Такие соединения часто разрываются при заливке бетона.

Правильный способ сварки проводников уравнивания потенциалов с арматурой железобетона показан на рисунке Е.5.

Если сварка с арматурой железобетона не допускается, должны быть использованы зажимы или дополнительные специально предназначенные проводники. Эти дополнительные проводники могут быть выполнены из стали, мягкой стали, оцинкованной стали или меди. Дополнительные проводники должны быть присоединены к большому количеству арматурных стержней при помощи вязки [см. рисунок E.5, d)] или зажима для реализации эффектов экранирования железобетонной арматурой.

Е.4.3.7 Токоотводы

Арматура железобетонных стен или колонн и стальной каркас сооружения могут быть использованы в качестве естественных токоотводов. На крыше должен быть предусмотрен вывод для соединения с системой молниеприемников и, если железобетонные фундаменты не были использованы в качестве единственного заземляющего устройства, вывод для соединения с заземляющим устройством.

При использовании в качестве токоотвода отдельного стержня стальной арматуры необходимо убедиться в том, что стержень не сдвигается на протяжении всего пути от молниеприемника до уровня земли, обеспечивая тем самым прямую электрическую связь.

Когда невозможно гарантировать вертикальную электрическую непрерывность естественных токоотводов, обеспечивающую прямой путь от крыши до земли, должны быть использованы дополнительные специально предназначенные проводники. Эти дополнительные проводники должны быть присоединены вязкой [рисунок E.5, d)] или зажимом к железобетонной арматуре.

При наличии затруднений относительно возможности обеспечения наиболее прямого пути для токоотводов (т.е. для эксплуатируемых зданий), должна быть установлена внешняя система токоотводов.

На рисунках Е.4 и Е.8 показано конструктивное исполнение естественных компонентов СМЗ для железобетонных сооружений. Дополнительно в Е.5.4.3.2 приведена информация по использованию железобетонных элементов в качестве фундаментных заземлителей.

Внутренние токоотводы в отдельно стоящих колоннах и в стенах должны быть связаны между собой с использованием их стальных арматурных стержней и соответствовать условиям электрической непрерывности, изложенным в 4.3.

Стальная арматура отдельных элементов сборного железобетона и арматура железобетонных колонн и стен должны быть соединены с арматурой железобетонных перекрытий до их заливки бетоном.

Непрерывные проводящие части входят в состав арматуры всех монолитных конструктивных элементов, например стен, колонн, лестниц и шахт лифтов. Если конструкцией предусмотрены монолитные железобетонные перекрытия, то для обеспечения равномерного распределения тока молнии токоотводы в отдельных колоннах и в стенах должны быть соединены между собой посредством железобетонной арматуры. Если перекрытия выполняют из сборного железобетона, то такие соединения, как правило, отсутствуют. Можно выполнить разъемы и выводы, установив дополнительные соединительные проводники перед заливкой формы бетоном на заводе, которые необходимы для соединения арматуры элементов сборного железобетона с арматурой монолитных колонн и стен.

1 - металлический фартук парапета на крыше; 2 - соединение между фасадными панелями и молниеприемником; 3 - горизонтальный проводник молниеприемника; 4 - металлический сегмент фасадного покрытия; 5 - шина уравнивания потенциалов для внутренней СМЗ; 6 - соединение между фасадными панелями и опорной рамой; 7 - испытательный зажим; 8 - стальная железобетонная арматура; 9 - кольцевой заземлитель конфигурации В; 10 - фундаментный заземлитель

Примечания

1 В приведенном примере могут быть приняты следующие размеры: а = 5 м; b = 5 м; с = 1 м.

2 Информация о соединениях между панелями приведена на рисунке Е.35.

а) Использование металлического фасадного покрытия железобетонного сооружения в качестве системы естественных токоотводов

1 - вертикальные части каркаса; 2 - крепление к стене; 3 - соединители; 4 - горизонтальные части каркаса

b) Соединение опорных конструкций фасада

Рисунок Е.8 - Использование металлического фасада в качестве системы естественных токоотводов и соединение опорных конструкций фасада

Бетонные элементы заводского изготовления, используемые в качестве навесных фасадов, не являются эффективными с точки зрения молниезащиты, так как соединения для уравнивания потенциалов в них не предусмотрены. Если должна быть обеспечена высокоэффективная защита от молнии для оборудования, установленного в здании, таком как офисное здание с большим количеством оборудования обработки информации и с компьютерными сетями, то необходимо, чтобы арматура таких фасадных элементов была соединена между собой и присоединена к арматуре несущих элементов здания таким образом, чтобы ток молнии мог протекать по всей внешней поверхности здания (см. рисунок Е.4).

Если окна внешних стен здания выполнены в виде непрерывного пояса, то особенно важно, чтобы либо соединения элементов сборного железобетона были выполнены над и под поясом окон посредством существующих колонн, либо они были соединены между собой с меньшими интервалами, соответствующими шагу расположения окон.

Повсеместное объединение проводящих частей внешних стен улучшает электромагнитное экранирование внутреннего пространства здания. На рисунке Е.9 показано соединение непрерывного пояса окон с металлическим покрытием фасада.

Если стальные конструкции используют в качестве токоотводов, каждая стальная колонна должна быть соединена с арматурой железобетонного фундамента в точках соединения, как показано на рисунке Е.7.

Примечание - Вопросы применения стальной арматуры стен зданий с целью электромагнитного экранирования рассмотрены в ГОСТ Р МЭК 62305-4.

В случае больших низких зданий, например включающих в себя залы, крыша поддерживается не только по периметру здания, но и внутренними колоннами. Проводящие колонны должны быть соединены с системой молниеприемников наверху и с системой уравнивания потенциалов на уровне пола, создавая этим внутренние токоотводы. Данные мероприятия выполняют для предотвращения опасного искрения внутри здания. Вблизи таких токоотводов возникает увеличение электромагнитных помех.

В конструкции стального каркаса для крыш, как правило, используют стальные балки, соединенные болтами. Учитывая, что болты затягивают с усилием, требуемым для получения механической прочности, все стальные части, имеющие болтовые соединения, могут быть рассмотрены как электрически взаимосвязанные. При первичном разряде тонкий слой краски пробивается током молнии, образуя затем проводящую перемычку.

Электрическое соединение может быть усовершенствовано за счет очистки опорной поверхности болтовых головок, гаек и шайб, а также дальнейшее улучшение может быть достигнуто за счет выполнения сварного шва длиной около 50 мм после завершения сборки конструкций.

1 - соединение между фасадной панелью и металлическими частями пояса окон; 2 - металлическая фасадная панель; 3 - горизонтальная металлическая полоса; 4 - вертикальная металлическая полоса; 5 - окно

Рисунок Е.9 - Соединение окон, выполненных в виде непрерывного пояса, с металлическим покрытием фасада

На сооружениях с большими проводящими частями в/на внешних стенах должна быть обеспечена непрерывность проводящих частей для их использования в качестве токоотводов. Этот способ также рекомендуется в том случае, когда в дополнение к требованиям защиты от электромагнитных импульсов молнии должны быть учтены повышенные требования к культурным аспектам архитектурного проектирования.

Кроме того, должны быть предусмотрены соединенные между собой шины уравнивания потенциалов. Каждая шина уравнивания потенциалов должна быть соединена с проводящими частями во внешних стенах и в перекрытиях. Это может быть уже обеспечено арматурой перекрытий на уровне земли и на уровне каждого последующего этажа.

Если возможно, в полу или в стене должен быть предусмотрен вывод для соединения со стальной арматурой. Вывод должен быть соединен не менее чем с тремя арматурными стержнями.

Е.4.3.8 Уравнивание потенциалов

Если необходимо большое количество соединений с арматурой на разных этажах и необходимо обеспечить пути протекания тока с низким индуктивным сопротивлением за счет использования арматуры железобетонных стен в целях уравнивания потенциалов и экранирования внутреннего пространства сооружения, на разных этажах должны быть установлены кольцевые проводники внутри бетона или вне его. Эти кольцевые проводники должны быть соединены между собой при помощи вертикальных стержней с интервалами не более 10 м.

Такое исполнение является наиболее предпочтительным из-за его большей надежности, особенно там, где значение тока помехи неизвестно.

Дополнительно рекомендуют выполнение сетки проводников. Соединения должны быть осуществлены таким образом, чтобы они могли проводить большие токи в случае неисправности в системе энергоснабжения.

В больших сооружениях шина уравнивания потенциалов действует как кольцевой проводник. В таких случаях точки соединения со стальной железобетонной арматурой должны быть выполнены через каждые 10 м. Принятие специальных мер, кроме указанных в 6.2.2, а), для соединения арматуры здания с СМЗ не требуется.

Е.4.3.9 Фундаменты в качестве заземлителей

Для больших сооружений и промышленных предприятий, как правило, сооружают железобетонный фундамент. Арматура фундамента, фундаментная плита и внешние стены ниже уровня поверхности земли таких сооружений образуют высококачественный фундаментный заземлитель при условии, что выполнены требования 5.4.

В качестве фундаментного заземлителя могут быть использованы арматура фундамента и подземной части стен.

Данный метод обеспечивает необходимое заземление при минимальной стоимости. Дополнительно, металлическая оболочка, образованная стальной железобетонной арматурой сооружения, в общем случае обеспечивает качественный опорный потенциал для сети электроснабжения, электронного оборудования и систем связи сооружения.

Для обеспечения надежных соединений в дополнение к взаимному соединению арматурных стержней при помощи скрутки вязальной проволокой [см. рисунок E.5, d)] рекомендуется применение дополнительной металлической сетки, которая также должна быть соединена со стальной арматурой. В удобных местах должны быть выполнены выводы от сетки для подключения внешних токоотводов или элементов каркаса сооружения, выступающих в качестве токоотводов, а также для подключения к наружному заземляющему устройству.

В общем случае арматура фундамента является электропроводящей частью, за исключением тех случаев, когда между различными частями сооружения выполнены зазоры для обеспечения возможности различных уровней осадки.

Зазоры между проводящими частями сооружения должны быть зашунтированы соединительными проводниками, соответствующими требованиям таблицы 6, с использованием зажимов и соединений (см. 5.5).

Арматура бетонных колонн и стен, стоящих на фундаменте, должна быть соединена с арматурой фундамента и с проводящими частями крыши.

На рисунке Е.10 показана конструкция СМЗ железобетонного сооружения с бетонными колоннами, стенами и крышей, имеющими проводящие части.

1 - проводник СМЗ, проходящий через водонепроницаемую втулку; 2 - стальная арматура в бетонной колонне; 3 - стальная арматура в бетонных стенах

Примечание - Когда стальная арматура внутренней колонны соединена с молниеприемником и с заземляющим устройством СМЗ, она становится естественным токоотводом. Если вблизи колонны установлено чувствительное электронное оборудование, то должна быть учтена электромагнитная обстановка вблизи колонны.

Рисунок Е.10 - Внутренние токоотводы в промышленных сооружениях

Если сварка с арматурой не допускается, в колоннах должны быть установлены дополнительные проводники или соединения должны быть выполнены с помощью прошедших испытание соединительных устройств. Дополнительные проводники должны быть присоединены с помощью вязки или зажимов к стальной арматуре.

После завершения строительства и подключения всех коммуникаций к зданию через шину уравнивания потенциалов часто становится практически невозможным измерение сопротивления заземляющего устройства в рамках технического обслуживания.

Если в определенных условиях измерение сопротивления фундаментного заземлителя невозможно, то установка одного или нескольких сравнительных электродов вблизи здания обеспечит отслеживание изменений вблизи заземляющего устройства в течение нескольких лет посредством измерений цепи между заземляющим электродом и фундаментным заземлителем. Однако основным преимуществом фундаментного заземлителя является качественное уравнивание потенциалов, а сопротивление фундаментного заземлителя имеет меньшее значение.

Е.4.3.10 Процесс установки

Все проводники системы молниезащиты и соединительные зажимы должны быть установлены монтажниками СМЗ.

Должно быть достигнуто соглашение с подрядчиком строительных работ о выделении достаточного количества времени для установки СМЗ перед заливкой бетона, учтенного в графике строительных работ.

Во время строительства следует регулярно выполнять измерения, а монтажники СМЗ должны следить за ходом строительства (см. 4.3).

Е.4.3.11 Элементы сборного железобетона

Если для СМЗ использованы элементы сборного железобетона, например в качестве токоотвода для экранирования или проводников уравнивания потенциалов, на этих элементах должны быть установлены точки присоединения к арматуре (см. рисунок Е.7), для того чтобы в дальнейшем иметь возможность присоединить простым способом арматуру элементов сборного железобетона с арматурой сооружения.

Расположение и конструкция точек присоединения должны быть определены во время проектирования элементов сборного железобетона.

Точки присоединения должны быть расположены таким образом, чтобы внутри элементов сборного железобетона электрически непрерывные арматурные стержни проходили от одной точки присоединения к другой.

Если внутри элемента сборного железобетона невозможно обеспечить непрерывность арматуры посредством стандартных арматурных стержней, то должен быть установлен дополнительный проводник, соединенный с используемой арматурой вязкой.

В общем случае в каждом углу железобетонной плиты требуются одна точка присоединения и проводник уравнивания потенциалов, как показано на рисунке Е.11.

Е.4.3.12 Деформационные швы

Если сооружение состоит из ряда секций с деформационными швами, предусматривающими усадку секций сооружения, и в здании должно быть установлено протяженное электронное оборудование, то арматура различных строительных секций сооружения должна быть соединена проводниками уравнивания потенциалов, шунтирующих деформационные швы, с интервалами не более половины расстояния между токоотводами, указанного в таблице 4.

Для обеспечения уравнивания потенциалов с низким импедансом и эффективного экранирования пространства внутри сооружения деформационные швы между секциями здания должны быть зашунтированы достаточно часто (с интервалами от 1 м до половины расстояния между токоотводами) гибкими или скользящими проводниками уравнивания потенциалов, в зависимости от требуемого коэффициента экранирования, как показано на рисунке Е.11.

1 - сборный железобетон; 2 - проводники уравнивания потенциалов

а) Установка проводников уравнивания потенциалов между железобетонными плитами при помощи болтовых или сварных соединений проводников

1 - компенсационный зазор; 2 - сварное соединение; 3 - углубление; 4 - гибкий проводник уравнивания потенциалов; А - железобетонный элемент 1; В - железобетонный элемент 2

b) Выполнение гибких связей между двумя железобетонными элементами, шунтирующие компенсационный зазор в сооружении

Рисунок Е.11 - Установка проводников уравнивания потенциалов в железобетонных сооружениях и гибких связей между двумя железобетонными элементами

Е.5 Внешняя система молниезащиты

Е.5.1 Общие положения

Расположение проводников внешней СМЗ является основополагающим при проектировании СМЗ и зависит от формы защищаемого сооружения, от требуемого уровня защиты и используемого геометрического метода проектирования. Конструкция системы молниеприемников, как правило, определяет конструкцию системы токоотводов, заземляющего устройства и внутренней СМЗ.

Если соседние здания имеют СМЗ, то эти СМЗ, при возможности, должны быть соединены с СМЗ рассматриваемого здания.

Е.5.1.1 Неизолированная СМЗ

В большинстве случаев неизолированная СМЗ может быть установлена на защищаемом сооружении.

Если тепловое воздействие в точке удара молнии или вблизи проводников, по которым протекает ток молнии, может привести к повреждению сооружения и содержимого защищаемого сооружения, расстояние между проводниками СМЗ и горючими материалами должно быть не менее 0,1 м.

Примечание - Типичными случаями являются сооружения:

- с горючим покрытием;

- горючими стенами.

Е.5.1.2 Изолированная СМЗ

Изолированную СМЗ необходимо применять в тех случаях, когда протекание тока молнии по присоединенным внутренним проводящим частям может привести к повреждению сооружения или его содержимого.

Примечание - Применение изолированной СМЗ может быть выгодно в тех случаях, когда предполагается, что изменения в сооружении могут потребовать модификации СМЗ.

Система молниезащиты, соединенная с проводящими строительными элементами и с системой уравнивания потенциалов только на уровне земли в соответствии с 3.3 определена как изолированная СМЗ.

Изолированную СМЗ выполняют либо посредством установки стержневых молниеотводов вблизи защищаемого сооружения, либо с помощью подвески тросов между опорами в соответствии с разделительным расстоянием, вычисляемым по формуле (4).

Изолированной является также СМЗ, установленная на сооружениях из изоляционного материала, такого как кирпич или древесина, где обеспечено соблюдение разделительного расстояния и отсутствуют соединения с проводящими частями сооружения, с оборудованием, установленным внутри, за исключением соединений с заземляющим устройством на уровне земли.

Проводящее оборудование внутри сооружения и электрические проводники не следует располагать от молниеприемников и токоотводов на расстоянии меньшем, чем разделительное расстояние. Все вновь устанавливаемые установки должны соответствовать требованиям изолированной СМЗ. Эти требования должны быть сообщены собственнику сооружения подрядчиком, ответственным за проектирование и установку СМЗ.

Владелец должен проинформировать будущих подрядчиков, выполняющих работы внутри или на сооружении, о данных требованиях. Если подрядчик, ответственный за такую работу, не может выполнить эти требования, он должен проинформировать о сложившейся ситуации собственника сооружения.

Все части оборудования, установленные в сооружении с изолированной СМЗ, должны быть размещены внутри пространства, защищенного СМЗ, и должны удовлетворять требованиям к разделительному расстоянию. Если при креплении проводников непосредственно к стенам сооружения они находятся слишком близко к проводящим частям сооружения, то проводники СМЗ должны быть смонтированы на изолирующих креплениях, обеспечивающих расстояние между СМЗ и внутренними проводящими частями, превышающее разделительное расстояние, определяемое по формуле (4).

Примечание - Длина изолирующих креплений должна быть равна или больше разделительного расстояния с учетом условий окружающей среды.

Проводящие крепления крыши, не соединенные с системой уравнивания потенциалов и расположенные от системы молниеприемников на расстоянии менее разделительного, но при этом находящиеся от системы уравнивания потенциалов на расстоянии более разделительного расстояния должны быть присоединены к системе молниеприемников изолированной СМЗ. По этой причине подобные сооружения должны быть рассмотрены не как изолированные, но как сооружения с проводящими креплениями крыши, не присоединенными к системе уравнивания потенциалов.

Проект СМЗ и инструкции по безопасности для работы вблизи таких креплений крыши должны учитывать тот факт, что при ударе молнии напряжение на этих креплениях будет равно напряжению на системе молниеприемников.

Изолированная СМЗ должна быть установлена на сооружениях с протяженными взаимосвязанными проводящими частями в тех случаях, когда предпочтительно предотвратить протекание тока молнии по конструкциям стен и установленному внутри оборудованию.

На сооружениях, включающих в себя многократно взаимосвязанные проводящие части, такие как стальные конструкции или железобетон, должно быть соблюдено разделительное расстояние от изолированной СМЗ до этих проводящих частей сооружения. Для обеспечения необходимого разделения проводники СМЗ следует крепить к конструкции при помощи изолирующих креплений.

Следует отметить, что железобетонные колонны и перекрытия часто используют в кирпичных сооружениях.

Е.5.1.3 Опасное искрение

Опасного искрения между СМЗ и металлическими, электрическими установками и оборудованием связи можно избежать:

- в изолированной СМЗ путем применения изоляции или разделения в соответствии с 6.3;

- неизолированной СМЗ применением изоляции посредством уравнивания потенциалов в соответствии с 6.2 или разделения в соответствии с 6.3.

Е.5.2 Системы молниеприемников

Е.5.2.1 Общие положения

В настоящем стандарте не приведены критерии для выбора системы молниеприемников, так как стержневые молниеприемники, тросовые молниеприемники и молниеприемные сетки считают одинаково эффективными.

Исполнение системы молниеприемников должно соответствовать требованиям таблицы 2.

Е.5.2.2 Расположение

При проектировании системы молниеприемников должны быть использованы указанные ниже методы, по отдельности или в любой их комбинации (при этом зоны защиты, создаваемые различными молниеприемниками, должны перекрывать друг друга и обеспечивать защиту всего сооружения в соответствии с 5.2):

- метод защитного угла;

- метод катящейся сферы;

- метод сеток.

Примечание - В Российской Федерации дополнительно применяют вероятностный метод [1], [2].

При проектировании СМЗ могут быть использованы все методы. Выбор метода зависит от удобства использования и от защищаемого сооружения.

Проектировщик СМЗ может выбирать метод размещения системы молниеприемников. Однако могут иметь значение следующие положения:

- метод защитного угла подходит для защиты простых сооружений и небольших частей больших сооружений. Этот метод не применим для тех сооружений, высота которых больше радиуса катящейся сферы, соответствующего выбранному уровню защиты СМЗ;

- метод катящейся сферы подходит для сооружений сложной формы;

- метод сеток предназначен для общих целей и особенно подходит для защиты плоских поверхностей.

Примечание - Рекомендации по применению вероятностного метода даны в нормативных документах Российской Федерации [1], [2].

Метод проектирования системы молниеприемников и методы проектирования СМЗ, примененные для различных частей сооружения, должны быть четко указаны в проектной документации.

Е.5.2.2.1 Метод защитного угла

Проводники молниеприемной сетки, стержневые молниеприемники, мачты и тросы должны быть расположены таким образом, чтобы все части защищаемого сооружения находились внутри поверхности, образованной линиями проекции точек проводников молниеприемника на поверхность начала отсчета под углом к вертикали, выполненной во всех направлениях. Защитный угол должен соответствовать таблице 2, где h является высотой молниеприемника над защищаемой поверхностью. Одна точка формирует конус. На рисунках А.1 и А.2 показано, как защищаемый объем образуют различные молниеприемники. В соответствии с таблицей 2 защитный угол будет отличаться для молниеприемников различной высоты над защищаемой поверхностью (см. рисунок А.3 приложения А и рисунок Е.12).

H - высота здания над поверхностью земли; h ₁ - физическая высота стержневого молниеприемника; h ₂ - h ₁ + Н, высота стержневого молниеприемника по отношению к земле; - защитный угол, соответствующий высоте молниеприемника h = h ₁, которая должна быть измерена по отношению к поверхности крыши (плоскость начала отсчета); - защитный угол, соответствующий высоте h ₂

Рисунок Е.12 - Проектирование молниеприемника методом защитного угла для различных значений высоты в соответствии с таблицей 2

Метод защитного угла имеет геометрические ограничения и не может быть применен, если значение Н превышает радиус катящейся сферы r, указанный в таблице 2.

Если конструкции на крыше предполагают защищать стержневыми молниеприемниками и их защищаемый объем выходит за край здания, молниеприемники должны быть размещены между конструкцией и краем здания. Если это невозможно, должен быть применен метод катящейся сферы. Размещение молниеприемника с помощью метода защитного угла показано также на рисунках Е.13 и Е.14 для изолированной СМЗ и на рисунках Е.15 и Е.16 для неизолированной СМЗ.

1 - стержневой молниеотвод; 2 - защищаемое сооружение; 3 - земля, являющаяся плоскостью начала отсчета; 4 - пересечение зоны защиты в виде конусов; s - разделительное расстояние в соответствии с 6.3; - угол защиты в соответствии с таблицей 2

а) Вертикальное сечение

Примечание - Две окружности показывают защищенную площадь на земле, выступающей плоскостью начала отсчета.

b) Проекция на горизонтальную плоскость начала отсчета

Рисунок Е.13 - Изолированная внешняя СМЗ, состоящая из двух стержневых молниеотводов, спроектированная по методу защитного угла

1 - стержневой молниеотвод; 2 - защищаемое сооружение; 3 - область защиты на плоскости начала отсчета; 4 - горизонтальный молниезащитный трос; s ₁, s ₂ - разделительные расстояния в соответствии с 6.3; - угол защиты в соответствии с таблицей 2

Примечание - Система молниеприемников спроектирована по методу защитного угла. Все сооружение должно находиться внутри защищенного объема.

Рисунок Е.14 - Изолированная внешняя СМЗ, состоящая из двух отдельных стержневых молниеотводов и горизонтального молниезащитного троса, подвешенного между ними

а) Пример использования одного стержневого молниеотвода

b) Пример использования двух стержневых молниеотводов

1 - стержневой молниеприемник; 2 - защищаемое сооружение; 3 - принятая плоскость начала отсчета; - защитный угол в соответствии с таблицей 2

Примечание - Все сооружение должно находиться внутри объемов, защищенных стержневыми молниеотводами.

Рисунок Е.15 - Пример установки стержневых молниеприемников неизолированной СМЗ

а) Вертикальный разрез плоскостью, проходящей через проводник

b) Вертикальный разрез плоскостью, перпендикулярной плоскости, проходящей через проводник

- защитный угол в соответствии с таблицей 2; d ₁ - расстояние от горизонтального провода до крыши

Примечание - Сооружение должно полностью находиться внутри защищенного объема.

Рисунок Е.16 - Пример выполнения молниеприемника неизолированной СМЗ, состоящего из горизонтального проводника, установленного по методу защитного угла

Если поверхность, на которой размещена система молниеприемников, является наклонной, то осью конуса, формирующего защищенный объем, не обязательно должен быть стержневой молниеприемник, а может быть перпендикуляр к поверхности, на которой размещается молниеприемник, при этом вершина конуса находится на одном уровне с верхним концом молниеприемника (см. рисунок Е.17).

Е.5.2.2.2 Метод катящейся сферы

Метод катящейся сферы необходимо применять для определения защищенного объема частей и областей сооружения в том случае, если исключается использование метода защитного угла (см. таблицу 2).

При применении этого метода расположение системы молниеприемников соответствует требованиям, если ни одна точка защищаемого объема не касается сферы радиусом r, катящейся по земле, вокруг и по всей поверхности сооружения, во всех возможных направлениях. Таким образом, сфера должна касаться только земли и/или системы молниеприемников.

Значение радиуса r катящейся сферы зависит от класса СМЗ (см. таблицу 2). Радиус катящейся сферы коррелируется с амплитудным значением тока молнии, которая поражает сооружение: r = , где I выражен в килоамперах.

1 - защищаемый объем; 2 - плоскость начала отсчета; 3 - стержневой молниеприемник; h - значение высоты молниеприемника в соответствии с таблицей 2; - защитный угол; D, - граница защищенного объема

Рисунок Е.17 - Объем, защищаемый стержневым молниеприемником на наклонной поверхности по методу защитного угла

На рисунке Е.18 показано применение метода катящейся сферы для различных сооружений. Сфера радиусом r катится вокруг и по всему сооружению, пока не встречается с поверхностью земли, или с любым постоянным сооружением, или объектом, который находится в контакте с поверхностью земли и может выступать в качестве проводника тока молнии. В тех точках, где катящаяся сфера касается сооружения, может быть удар молнии, и в таких точках требуется защита молниеприемником.

1 - заштрихованные области подвержены удару молнии и требуют защиты в соответствии с таблицей 2; 2 - мачта на сооружении; r - радиус катящейся сферы в соответствии с таблицей 2

Примечание - Защиту от ударов молнии в боковые поверхности необходимо выполнять в соответствии с 5.2.3 и А.2 приложения А.

Рисунок Е.18 - Выполнение молниеприемной сетки на сооружении сложной формы

Если метод катящейся сферы применяется к чертежам сооружения, сооружение должно быть проанализировано со всех сторон для гарантии того, что ни одна часть сооружения не будет выступать за пределы защищенной зоны.

Защищаемый объем, создаваемый проводником СМЗ, является пространством, в которое катящаяся сфера не проникает, когда она находится в контакте с этим проводником и касается сооружения.

На рисунке Е.19 показаны зоны защиты, обеспечиваемые системой молниеприемников, выполненной по методу сетки, методу катящейся сферы и методу защитного угла при обычном исполнении элементов молниеприемника.

1 - проводник молниеприемной сетки; 2 - стержневой молниеприемник; 3 - размер ячейки; 4 - токоотвод; 5 - заземляющее устройство в виде кольцевого проводника; h - высота молниеприемника над уровнем земли; - защитный угол

Рисунок Е.19 - Проектирование молниеприемников с применением метода защитного угла, метода сетки при стандартном исполнении элементов молниеприемника

В случае применения молниеприемника из двух параллельных горизонтальных проводников, расположенных над горизонтальной плоскостью начала отсчета на рисунке Е.20, расстояние р, на которое катящаяся сфера проникает ниже уровня проводников в пространстве между ними, может быть рассчитано по формуле

.

(Е.2)

Расстояние р должно быть меньше h _t минус высота объектов, которые должны быть защищены (электродвигатель на рисунке Е.20).

Пример, приведенный на рисунке Е.20, действителен также для трех или четырех стержневых молниеприемников; например, четыре стержневых молниеприемника, расположенные по углам квадрата с одинаковой заданной высотой h. В этом случае расстояние d на рисунке Е.20 соответствует диагонали квадрата, образованного четырьмя молниеприемниками.

Методом катящейся сферы могут быть определены возможные точки удара молнии, а также вероятность удара молнии в каждую точку здания.

Е.5.2.2.3 Метод сетки

В случае плоских поверхностей молниеприемная сетка защищает всю поверхность при условии выполнения следующих условий:

а) как указано в приложении А, проводники молниеприемника расположены:

- на краях крыши,

- свесах и выступах крыши,

- коньках крыши, если наклон крыши превышает 1/10,

- боковых поверхностях сооружения высотой более 60 м на уровнях, расположенных на расстоянии от земли более 80 % высоты сооружения;

1 - горизонтальные проводники молниеприемника; 2 - плоскость нулевого отсчета; 3 - пространство, защищенное двумя параллельными горизонтальными проводами молниеприемника или двумя стержневыми молниеприемниками; h _t - физическая высота стержневых молниеприемников над плоскостью начала отчета; р - расстояние проникновения катящейся сферы; h - высота молниеприемника в соответствии с таблицей 2; r - радиус катящейся сферы; d - расстояние между двумя параллельными горизонтальными проводниками молниеприемника или двумя стержневыми молниеприемниками

Примечание - Для защиты объектов, размещенных в пространстве между молниеприемниками, расстояние проникновения р катящейся сферы должно быть меньше h _t минус высота защищаемых объектов.

Рисунок Е.20 - Объем, защищаемый двумя параллельными горизонтальными проводниками молниеприемника или двумя стержневыми молниеприемниками (r > h _t)

b) размеры ячейки молниеприемной сетки не превышают значений, приведенных в таблице 2;

c) система молниеприемников выполнена таким образом, что ток молнии всегда будет протекать к земле по меньшей мере по двум предназначенным для этого проводникам и металлические конструкции не выступают за пределы объема, защищаемого молниеприемниками.

Примечание - Увеличение числа токоотводов ведет к уменьшению разделительного расстояния и к понижению электромагнитного поля внутри здания (см. 5.3);

d) проводники молниеприемной сетки проложены по наиболее коротким и прямым трассам.

Примеры выполнения неизолированной СМЗ с молниеприемной сеткой показаны на рисунке Е.21, а) для сооружения с плоской крышей, на рисунке Е.21, b) для сооружения с наклонной крышей. На рисунке Е.21, с) представлен пример выполнения СМЗ на промышленном здании.

Е.5.2.3 Молниеприемники для защиты от ударов молнии в боковые поверхности высоких сооружений

В сооружениях высотой более 60 м примерно 20 % самой верхней части боковых поверхностей должны быть оборудованы молниеприемниками. Для части этой защищаемой поверхности, находящейся ниже 60 м, защита может не предусматриваться.

а) Молниеприемная сетка на сооружении с плоской крышей

W m - размер ячейки Примечание - Размер ячейки должен соответствовать размерам, приведенным в таблице 2. b) Молниеприемная сетка на сооружении с двускатной крышей

А - испытательный зажим

Примечание - Все размеры должны соответствовать выбранному уровню защиты в соответствии с размерами, приведенными в таблицах 1 и 2.

с) СМЗ на сооружении с односкатной крышей

Рисунок Е.21 - Три примера выполнения неизолированной СМЗ с молниеприемной сеткой

Примечания

1 Для сооружений высотой между 60 м и 75 м защищать зону ниже 60 м не требуется.

2 Если на внешней стороне стены верхней части здания находятся чувствительные элементы (например, электронное оборудование), они должны быть защищены отдельно, например с помощью горизонтальных стержневых молниеприемников, проводников молниеприемной сетки или их эквивалентов.

Е.5.2.4 Конструкция

Е.5.2.4.1 Общие сведения

Максимальная допустимая температура проводника не будет превышена, если площадь поперечного сечения проводника соответствует требованиям таблицы 6.

Крыша или стена, выполненные из горючего материала, должны быть защищены от опасного воздействия тока молнии, нагревающего проводники СМЗ, посредством применения одной или нескольких указанных ниже мер:

- понижения температуры проводников путем увеличения поперечного сечения;

- увеличения расстояния между проводниками и покрытием крыши (см. также 5.2.4);

- установки теплозащитного слоя между проводниками и огнеопасным материалом.

Примечание - Исследования показали, что предпочтительнее, когда стержневые молниеприемники выполнены с затупленным концом.

Е.5.2.4.2 Неизолированные молниеприемники

Молниеприемники и токоотводы на уровне крыши должны быть соединены между собой при помощи проводников для обеспечения необходимого распределения тока между токоотводами.

Проводники на крыше и соединения стержневых молниеприемников могут быть закреплены на крыше при помощи как проводящих, так и непроводящих распорок и креплений. Проводники могут быть также закреплены на поверхности стены, если стена выполнена из негорючего материала.

Рекомендуемые расстояния между точками крепления этих проводников приведены в таблице Е.1.

Таблица Е.1 - Рекомендуемые расстояния между точками крепления проводников

Исполнение	Расстояние между точками крепления для полосы, многожильных проводников и мягкой круглой проволоки, мм	Расстояние между точками крепления для одножильных круглых проводников, мм
Горизонтальные проводники на горизонтальных поверхностях	1000	1000
Горизонтальные проводники на вертикальных поверхностях	500	1000
Вертикальные проводники, расположенные на высоте не более 20 м	1000	1000
Вертикальные проводники, расположенные на высоте более 20 м	500	1000
Примечания 1 Эта таблица не применяется к встроенным креплениям, которые могут требовать специального рассмотрения. 2 Должна быть выполнена оценка условий окружающей среды (т.е. ожидаемая ветровая нагрузка), при этом может возникнуть необходимость изменить рекомендуемые расстояния между точками крепления проводников.

На небольших зданиях и им подобных сооружениях с двухскатной крышей молниеприемный проводник должен быть установлен на коньке крыши. Если сооружение полностью защищено проводником на коньке крыши, то не менее двух токоотводов должно быть проложено от него к противоположным углам сооружения по краям крыши около фронтонов.

В качестве естественных проводников могут быть использованы водосточные желоба на краю крыши при условии, что они соответствуют 5.2.5.

На рисунке Е.22, а) - с) приведены примеры выполнения токоотводов на крыше и токоотводов для сооружений со скатной крышей.

На рисунке Е.23 приведен пример СМЗ со скрытыми проводниками.

Для протяженных сооружений к молниеприемным проводникам, установленным на коньке крыши, должны быть подсоединены дополнительные проводники-токоотводы (см. таблицу 4).

На зданиях с большим свесом крыши проводник на гребне крыши должен быть проложен до конца конька. По краю крыши со стороны фронтона должен быть присоединен проводник от проводника на коньке крыши до токоотвода.

Проводники молниеприемника, соединительные проводники и токоотводы, по мере возможности, должны быть проложены по прямой линии. На непроводящих крышах проводник может быть помещен либо под черепицей, либо, что предпочтительнее, над черепицей. Несмотря на то что монтаж проводника под черепицами имеет преимущество ввиду большей простоты и меньшей опасности коррозии, при наличии подходящих способов крепления лучше установить проводник над черепицей (т.е. снаружи), для того чтобы уменьшить риск повреждения черепиц при прямом ударе молнии в проводник. Кроме того, установка проводника над черепицей упрощает его осмотр. Проводники, расположенные под черепицей, необходимо оборудовать короткими вертикальными стержнями, которые возвышаются над уровнем крыши и расстояние между которыми не превышает 10 м. Могут быть также использованы металлические листы (см. рисунок Е.23) при условии, что расстояние между ними не превышает 5 м.

а) Установка молниеприемного проводника на коньке двускатной крыши и токоотвода на краю крыши	b) Установка стержневого молниеприемника для защиты дымовой трубы с расчетом молниеприемника по методу защитного угла
с) Установка токоотвода с присоединением к водосточному желобу	d) Установка испытательного зажима на токоотводе и соединение с водосточной трубой

Пример - а - 1 м; b - 0,15 м (не обязательно); с - 1 м; d - как можно ближе к краю; е - 0,2 м; f - 0,3 м; g - 1 м; h - 0,05 м; i - 0,3 м; j - 1,5 м; k - 0,5 м; - защитный угол в соответствии с таблицей 2.

Рисунок Е.22 - Четыре примера выполнения элементов СМЗ на сооружении со скатной черепичной крышей

- скрытый проводник; - вертикальные стержневые молниеприемники высотой 0,3 м, установленные с небольшими интервалами (< 10 м) или молниеприемные листы с интервалами < 5 м

Рисунок Е.23 - Молниеприемник и скрытые проводники для сооружений высотой менее 20 м со скатными крышами

На сооружениях с плоскими крышами проводники должны быть установлены по периметру как можно ближе к внешним краям крыши.

Если размеры поверхности крыши превышают размеры ячейки сетки, приведенные в таблице 2, то должны быть установлены дополнительные проводники молниеприемника.

На рисунках Е.22, а) - с) показаны примеры конструкции деталей крепления для проводников молниеприемника на наклонных крышах сооружения. На рисунке Е.24 приведен пример конструкции деталей крепления на плоской крыше.

- от 500 до 1000 мм (см. таблицу Е.1); 1 - парапет крыши; 2 - соединение; 3 - гибкий проводник; 4 - Т-образные соединения; 5 - крепление проводника молниеприемника; 6 - проход проводника системы молниезащиты через водонепроницаемую втулку; 7 - стальная колонна; 8 - соединение

Примечание - Металлический фартук парапета крыши использован в качестве проводника молниеприемника и присоединен к стальной колонне, применяемой в качестве естественного токоотвода СМЗ.

Рисунок Е.24 - Конструкция системы молниезащиты с использованием естественных компонентов на крыше сооружения

На рисунке Е.25 показано расположение внешней СМЗ на сооружении с плоской крышей, выполненной из изоляционного материала, например дерева и кирпича. Элементы крепления крыши находятся в защищаемом объеме. На стенах высоких сооружений устанавливают кольцевые проводники, подключаемые к проводникам всех токоотводов. Расстояния между этими кольцевыми проводниками должны соответствовать значениям, указанным в 5.3.1. Кольцевые проводники ниже уровня радиуса катящейся сферы необходимы в качестве проводников уравнивания потенциалов.

Проводники молниеприемной сетки и стержневые молниеприемники должны быть надежно закреплены механически, чтобы они могли выдерживать ветровые нагрузки и другие климатические воздействия или нагрузки при работах на поверхности крыши.

Металлический фартук парапета внешних стен может быть использован в качестве естественного компонента молниеприемника в соответствии с 5.2.5 при условии отсутствия риска возникновения пожара при плавлении металла. Риск возникновения пожара зависит от типа материала под металлическим покрытием. Горючие свойства примененного материала должны быть подтверждены подрядчиком.

Герметичность крыши, как металлической, так и другого типа, может быть нарушена ударом молнии. В этом случае вода может проникнуть сквозь крышу и протечка может быть далеко от точки удара молнии. Если данная ситуация не допускается, должна быть установлена система молниеприемников.

Купола освещения, клапаны выпускных отверстий дыма и тепла в нормальных условиях закрыты. Устройство защиты таких клапанов должно быть согласовано с заказчиком/владельцем здания, при этом необходимо принять решение о выполнении/невыполнении защиты клапанов в открытом, закрытом и во всех промежуточных положениях.

1 - стержневой молниеприемник; 2 - горизонтальный проводник молниеприемника; 3 - токоотвод; 4 - Т-образное соединение; 5 - крестообразное соединение; 6 - испытательный зажим; 7 - кольцевой заземлитель, заземляющее устройство конфигурации В; 8 - кольцевой проводник уравнивания потенциалов; 9 - плоская крыша и крепление проводника к крыше; 10 - зажим для подключения шины уравнивания потенциалов внутренней СМЗ; 11 - вертикальный заземлитель

Примечание - Применен кольцевой проводник уравнивания потенциалов. Расстояние между токоотводами соответствует требованиям таблицы 4.

Рисунок Е.25 - Установка внешней системы молниезащиты на сооружении, выполненном из изоляционного материала, например дерева или кирпича, высотой не более 60 м с плоской крышей и креплениями проводника к крыше

Покрытие крыши из проводящего материала, который не соответствует 5.2.5, может быть использовано в качестве молниеприемника, если допускается плавление металла в точке удара молнии. Если это не допустимо, то проводящая кровля должна быть защищена системой молниеприемников достаточной высоты (см. рисунки Е.20 и Е.26).

Допускают использовать как непроводящие, так и проводящие опоры. В случае применения проводящих опор соединение с покрытием крыши должно выдерживать протекание частичного тока молнии (см. рисунок Е.26).

На рисунке Е.24 показан пример естественного молниеприемника с использованием парапета крыши в качестве проводника молниеприемника на краю крыши.

Установленные заподлицо или выступающие конструкции на поверхности крыши должны быть защищены с помощью стержневых молниеприемников. Допускается другой вариант, при котором посторонние металлоконструкции должны быть соединены с СМЗ, если это соответствует 5.2.5.

r - радиус катящейся сферы (см. таблицу 2); а - проводники молниеприемника

Примечание - Катящаяся сфера не должна касаться какой-либо части металлической крыши, включая стоячие фальцы.

Рисунок Е.26 - Конструкция сети молниеприемников на крыше с проводящим покрытием, где пробой покрытия не допустим

На рисунке Е.27 приведен пример соединения молниеприемника с естественными токоотводами в бетоне.

1 - стержневой молниеприемник; 2 - горизонтальный проводник молниеприемника; 3 - токоотвод; 4 - Т-образное соединение; 5 - крестообразное соединение; 6 - соединение со стальной арматурой железобетона (см. Е.4.3.3 и Е.4.3.6); 7 - испытательный зажим; 8 - кольцевой заземлитель, заземляющее устройство конфигурации В; 9 - плоская крыша и крепление проводника к крыше; 10 - Т-образное соединение, стойкое к коррозии

Примечание - Стальная арматура железобетонного сооружения должна соответствовать 4.3. Все размеры СМЗ должны соответствовать выбранному уровню защиты.

Рисунок Е.27 - Конструкция внешней системы молниезащиты на железобетонном сооружении с использованием арматуры внешних стен в качестве естественных компонентов

Е.5.2.4.2.1 Молниезащита на крышах многоэтажных автомобильных стоянок

Для защиты сооружений этого типа могут быть использованы молниеприемники в виде гвоздя с большой шляпкой. Эти молниеприемники могут быть соединены с арматурной сталью железобетонной крыши (см. рисунок Е.28). Если соединение с арматурой крыши выполнить не допускается, проводники на крыше могут быть проложены в швах между плитами, а молниеприемники могут быть размещены в узлах получившейся сетки. Ширина ячейки не должна превышать размеры, соответствующие классу молниезащиты, указанному в таблице 2. При данном исполнении СМЗ находящиеся на крыше этой парковки люди и транспортные средства не защищены от молнии.

1 - молниеприемник в виде большой шляпки гвоздя; 2 - стальной проводник, соединенный с несколькими арматурными стержнями; 3 - арматура железобетона

Рисунок Е.28 - Пример молниеприемника, установленного на крыше автомобильной стоянки

Если зона стоянки на крыше здания должна быть защищена от прямых ударов молнии, то должны быть установлены стержневые или подвешены тросовые молниеприемники.

1 - зона защиты в виде конуса; 2 - металлическая конструкция на крыше; 3 - горизонтальный проводник молниеприемника; 4 - линия электроснабжения установки, по возможности расположенная в проводящем экране; 5 - электрическое оборудование; s - разделительное расстояние в соответствии с 6.3; - защитный угол в соответствии с таблицей 2

Примечание - Высота стержневого молниеприемника должна соответствовать приведенной в таблице 2.

Рисунок Е.29 - Стержневой молниеприемник, используемый для защиты установленной на крыше металлической конструкции с электрооборудованием, которая не соединена с системой молниеприемников

Для вертикальных проводников должна быть учтена зона, которой можно коснуться рукой. Необходимое разделительное расстояние может быть обеспечено выполнением ограждений.

У выходов на крышу должны быть предусмотрены знаки, обращающие внимание на опасность удара молнии во время грозы.

Напряжения прикосновения и шаговые напряжения определять не требуется, если крыша будет покрыта слоем асфальта толщиной не менее 50 мм или если крыша выполнена из железобетонных конструкций с взаимосвязанной арматурой, электрическая непрерывность которой соответствует 4.3.

Е.5.2.4.2.2 Железобетонные сооружения с плоскими крышами, не доступными для людей

На плоских крышах, не доступных для людей, но на которых установлена внешняя система молниеприемников, проводники молниеприемников должны быть установлены таким образом, как показано на рисунке Е.27. В качестве кольцевого проводника уравнивания потенциалов на крыше может быть использован металлический фартук парапета крыши, как показано на рисунке Е.24 и на рисунке Е.30.

1 - соединение, устойчивое к коррозии; 2 - гибкий проводник; 3 - металлический фартук парапета

Примечание - Во избежание коррозии особое внимание следует уделять соответствующему выбору материалов и конструкции соединений и проводников перемычек.

Рисунок Е.30 - Способ обеспечения электрической непрерывности металлического фартука парапета

На рисунке Е.27 показан способ установки проводников молниеприемной сетки на крыше.

Если временные механические повреждения водозащитного слоя на крыше здания допустимы, то молниеприемная сетка на плоской части крыши может быть заменена естественным молниеприемником в виде стальной железобетонной арматуры перекрытия в соответствии с 5.2.4. Допускают вариант закрепления проводников молниеприемной сетки непосредственно на бетонном перекрытии.

В общем случае удар молнии в арматуру железобетонной крыши приведет к повреждению водонепроницаемого слоя. В дальнейшем дождевая вода вызовет коррозию стальной арматуры и, как следствие, повреждение. Если снижение механической прочности бетона из-за коррозии не допустимо, то для предотвращения прямых ударов молнии в арматуру железобетона должна быть установлена система молниеприемников, по возможности соединенная с арматурой.

В качестве естественного компонента молниеприемника может быть использовано металлическое покрытие, предусмотренное для механической защиты внешних стен (фартук парапета) в соответствии с 5.2.5, если отсутствует риск возгорания от расплавленного металла.

Проводящее листовое покрытие крыши, не соответствующее приведенному в таблице 3, может быть использовано в качестве элемента молниеприемника, если допустимо расплавление металла в точке удара молнии. Если это недопустимо, то проводящее листовое покрытие крыши должно быть защищено системой молниеприемников достаточной высоты (см. рисунки Е.20, Е.26). В таком случае должен быть применен метод катящейся сферы. Для соответствия этому методу размер ячейки должен быть меньше и поддерживающие конструкции должны быть выше, чем те, которые используют при выполнении молниеприемника по методу сетки.

Если для молниеприемной сетки используют проводящие поддерживающие конструкции, соединение с листовым покрытием крыши должно выдерживать протекание частичных токов молнии.

На рисунке Е.24 показан пример естественного молниеприемника с использованием парапета крыши в качестве проводника молниеприемника на краю крыши.

Если допустимы временные повреждения стен и падение осколков разрушенного бетона размером не более 100 мм, то в соответствии с 5.2 кольцевой проводник на крыше может был заменен естественным кольцевым проводником, образованным стальной арматурой железобетона.

Металлические части, которые не соответствуют требованиям к молниеприемникам, изложенным в 5.2.5, в пределах зоны крыши тем не менее могут быть использованы для соединения различных частей, проводящих ток молнии.

Е.5.2.4.2.3 Обеспечение достаточного экранирования сооружения

Внешние стены и крыша сооружения могут быть использованы в качестве электромагнитного экрана для защиты электрического оборудования и оборудования информационных технологий внутри сооружения (см. приложение В ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 и ГОСТ Р МЭК 62305-4).

На рисунке Е.27 приведен пример железобетонной конструкции с использованием взаимосвязанной арматуры в качестве токоотводов и электромагнитного экрана внутреннего пространства. Данные вопросы подробно рассмотрены в ГОСТ Р МЭК 62305-4.

В зоне системы молниеприемников на крыше все проводящие части с размером как минимум по одному измерению более 1 м должны быть соединены между собой для образования сетки. Экран в виде сетки следует соединять с системой молниеприемников на краю крыши, а также в других точках крыши в соответствии с 6.2.

На рисунках Е.24 и Е.30 показана конструкция молниеприемников на сооружениях с проводящим каркасом, использующим парапет крыши в качестве естественного молниеприемника, а стальной каркас в качестве естественных токоотводов.

На рисунке Е.30 приведен пример того, как обеспечить электрическую непрерывность естественных компонентов в СМЗ.

Из-за уменьшенного размера ячейки, образованной стальными конструкциями, по сравнению с размерами, приведенными в таблице 2, ток молнии распределяется по нескольким параллельным проводникам, что приводит к снижению входного электрического сопротивления, вследствие чего определенные в соответствии с 6.3 разделительные расстояния будут меньше и разделительные расстояния между установками и СМЗ не потребуются.

В большинстве сооружений крыша является наименее экранированной частью сооружения. По этой причине особое внимание должно быть уделено улучшению эффективности экранирования крыши.

Если проводящие конструктивные элементы в крыше отсутствуют, экранирование может быть улучшено уменьшением расстояния между проводниками молниеприемника.

Е.5.2.4.2.4 Защита конструкций на крыше

Стержневые молниеприемники для защиты металлических конструкций на крыше здания должны быть такой высоты, чтобы конструкция, которая должна быть защищена, находилась полностью внутри пространства, защищенного по методу катящейся сферы или по методу защитного угла в соответствии с таблицей 2. Разделяющее расстояние между стержневыми молниеприемниками и конструкциями крыши должно быть таким, чтобы выполнялись условия, указанные в 6.3.

На рисунке Е.29 показан пример защиты конструкции на крыше при помощи стержневых молниеприемников по методу защитного угла. Значение защитного угла должно соответствовать уровню молниезащиты, указанному в таблице 2.

Металлические конструкции на крыше, не защищенные стержневыми молниеприемниками, не требуют дополнительной защиты, если их размеры не превышают приведенных ниже значений:

- высота над уровнем крыши 0,3 м;

- общая площадь конструкции 1 м ²;

- длина конструкции 2 м.

Металлические конструкции крыши, которые не отвечают этим требованиям и требованиям к разделительному расстоянию по 6.3, должны быть соединены с системой молниеприемников по меньшей мере одним проводником уравнивания потенциалов.

Непроводящие конструкции на крыше, которые не попадают в защищенный стержневыми молниеприемниками объем и которые не выступают на расстояние более 0,5 м над поверхностью, образуемой системой молниеприемников, не требуют дополнительной защиты молниеприемниками.

Проводящие части, такие как электрические проводники или металлические трубы, которые идут от конструкций, смонтированных на крыше заподлицо, внутрь здания, могут проводить значительную часть тока молнии внутрь здания. При наличии таких проводящих соединений выступающие конструкции на поверхности крыши должны быть защищены системой молниеприемников. Если защита при помощи системы молниеприемников невозможна или экономически невыгодна, в проводящих соединения (например, в трубах сжатого воздуха) допускается устанавливать изолирующие вставки длиной не менее двух расчетных значений разделительного расстояния для данного оборудования на крыше.

Дымовые трубы из непроводящего материала, если они не размещены внутри пространства, защищенного системой молниеприемников, должны быть защищены при помощи стержневых молниеприемников или кольцевых молниеприемников по их верху. Стержневой молниеприемник на дымовой трубе должен быть такой высоты, чтобы дымовая труба целиком находилась в зоне защиты молниеприемника.

Удар молнии в непроводящую дымовую трубу возможен, когда труба не расположена внутри объема, защищенного системой молниеприемников, из-за того, что внутренняя поверхность дымовой трубы покрыта слоем сажи, который имеет такую проводимость, что даже в отсутствие дождя может проводить ток стримерного разряда большой длины.

На рисунке Е.22, b) показана установка стержневого молниеприемника на дымовой трубе, выполненной из изолирующих кирпичей.

Е.5.2.4.2.5 Защита установок на крыше, включающих в себя электрическое оборудование и оборудование информационных технологий

Все установки на крыше, которые выполнены как из непроводящих, так и из проводящих материалов и включают в себя электрическое оборудование или оборудование информационных технологий, должны находиться в зоне защиты системы молниеприемников.

Прямой удар молнии в оборудование, установленное в зоне защиты системы молниеприемников, маловероятен.

Прямой удар молнии в установку на крыше может привести не только к ее повреждению, но также может вызвать повреждение электрического и электронного видов оборудования, подключенных непосредственно к ней, а также и расположенных внутри здания.

Оборудование на крыше стальных сооружений также должно находиться в пространстве, защищаемом системой молниеприемников. В этом случае выступающие проводники молниеприемника должны быть присоединены не только к системе молниеприемников, но и напрямую к стальным конструкциям здания, при возможности. Если оно соединено с сооружением в целях уравнивания потенциалов, выполнение требований к разделительному расстоянию для них не требуется.

Требования к оборудованию на крыше относятся также к оборудованию, установленному на вертикальных поверхностях, в которые возможен удар молнии, т.е. поверхностях, которых может касаться катящаяся сфера.

На рисунках Е.29 и Е.31 показаны примеры конструкции молниеприемника, которая защищает конструкции на крыше, выполненные из проводящего и непроводящего материалов и включающие в себя электрическое оборудование. Рисунок Е.31 действителен для того случая, когда разделяющее расстояние s не может быть обеспечено.

1 - проводник молниеприемника; 2 - металлическая крышка; 3 - проводник уравнивания потенциалов; 4 - горизонтальный проводник молниеприемника; 5 - электрическое оборудование; 6 - электрическая клеммная коробка с устройством защиты от перенапряжений; 7 - токоотвод

Примечание - Электрическое оборудование в металлическом корпусе соединено с системой молниеприемников, отвечающей требованиям Е.5.2.4.2.6, посредством металлического экрана кабеля, выдерживающего значительную долю тока молнии.

Рисунок Е.31 - Металлическое оборудование на крыше, защищенное от прямого удара молнии и присоединенное к системе молниеприемников

Примечание - Если оборудованию требуется дополнительная защита, то на уровне крыши необходимо установить устройства защиты от перенапряжений, подключенные к его действующим кабелям.

Требуемое разделительное расстояние должно быть выдержано не только по воздуху, но и через материал стен (k _m = 0,5).

Е.5.2.4.2.6 Электрические установки, выступающие за пределы защищенного объема

Антенна на крыше здания должна быть защищена от прямого удара молнии путем ее установки в защищенном объеме.

Система антенны должна быть интегрирована в СМЗ (см. также [6]).

Могут быть применены как изолированная внешняя СМЗ [см. рисунок Е.32, а)], так и неизолированная внешняя СМЗ [см. рисунок Е.32, b)].

В последнем случае опора антенны должна быть соединена с системой молниеприемников для уравнивания потенциалов. При этом частичные токи молнии следует рассматривать как токи внутри защищаемого сооружения. Кабель антенны должен входить в здание, по возможности, в месте общего входа всех коммуникаций или вблизи главной шины уравнивания потенциалов СМЗ. Проводящая оболочка кабеля антенны должна быть соединена с системой молниеприемников на крыше и с главной шиной уравнивания потенциалов.

Установки на крыше, содержащие электрическое оборудование, для которого разделительное расстояние не может быть выдержано, для уравнивания потенциалов должны быть соединены с системой молниеприемников, с проводящими элементами установки на крыше и с проводящим корпусом самого электрического оборудования в соответствии с таблицей 9.

На рисунке Е.31 приведен пример выполнения уравнивания потенциалов установки на крыше, имеющей проводящие части, с электрической установкой и с молниеприемником здания.

Е.5.2.4.2.7 Защита проводящих частей на крыше

Проводящие элементы, например, имеющие недостаточную толщину стенки, которые не могут выдержать удары молнии и которые установлены на крыше, проводящее покрытие крыши или другие конструкции на зданиях, которые не отвечают требованиям, предъявляемым к естественным системам молниеприемников, изложенным в 5.2.5 и приведенным в таблице 3, а также те части, удар молнии в которые не допускается, должны быть защищены при помощи молниеприемников.

Для проектирования молниезащиты проводящих частей на крыше рекомендуется применять метод катящейся сферы (см. рисунок Е.33).

На рисунке Е.31 показан пример устройства системы молниеприемников для защиты проводящей конструкции на крыше от прямых ударов молнии в том случае, когда разделительное расстояние s не может быть обеспечено.

Е.5.2.4.2.8 Защита сооружений, покрытых слоем грунта

Для сооружений, имеющих на крыше слой грунта, в том случае, если люди на крыше находятся нерегулярно, может быть использована обычная СМЗ. Система молниеприемников должна быть выполнена в виде сетки по поверхности грунта или в виде стержневых молниеприемников, соединенных с заглубленной в грунт сеткой, спроектированных по методу катящейся сферы или методу защитного угла. Если это невозможно, то следует иметь в виду, что система молниеприемников с заглубленной в грунт сеткой, но без выступающих из грунта стержневых электродов будет обладать пониженной эффективностью перехвата молнии.

Для сооружений со слоем грунта на крыше толщиной не более 0,5 м в том случае, если люди на крыше находятся регулярно, для предотвращения опасных значений шагового напряжения необходимо выполнить систему молниеприемников в виде сетки с размером ячеек 5 x 5 м. Для защиты людей на поверхности земли от прямых ударов молнии могут потребоваться стержневые молниеприемники, выполненные по методу катящейся сферы. Вместо них могут быть использованы естественные молниеприемники, такие как ограждения, опоры освещения и т.д. Высота системы молниеприемников должна учитывать, что для людей достижима высота 2,5 м, а также необходимое разделительное расстояние (см. также рисунок Е.3).

Если перечисленное выше не выполнено, то люди должны быть предупреждены, что во время грозы они могут быть подвергнуты прямому удару молнии.

Для подземных сооружений со слоем грунта более 0,5 м мероприятия по молниезащите находятся в разработке. До тех пор пока не появятся результаты исследований, целесообразно проводить такие же мероприятия, как и при толщине слоя грунта до 0,5 м.

Для подземных сооружений, содержащих взрывчатые вещества, должна быть применена дополнительная СМЗ. В этом качестве может выступать изолированная СМЗ над сооружением. Заземляющие устройства обеих СМЗ должны быть соединены между собой.

Е.5.2.5 Естественные компоненты

На сооружениях с плоской крышей металлический фартук парапета крыши представляет собой типичный естественный компонент молниеприемника. Такое покрытие представляет собой штампованную или гнутую часть алюминиевого, оцинкованного стального или медного листа U-образной формы, которая защищает верхнюю поверхность парапета крыши от климатических воздействий. При подобном использовании минимальная толщина материала должна соответствовать требованиям таблицы 3.

1 - металлическая опора; 2 - изолятор; 3 - стержневой молниеприемник; 4 - проводник молниеприемника; 5 - проводник уравнивания потенциалов; 6 - кабель антенны; 7 - испытательный зажим; 8 - шина уравнивания потенциалов; 9 - фундаментный заземлитель; - защитный угол; s - разделительное расстояние; l - длина для расчета разделительного расстояния; MDB - главный распределительный щит; РСВ - силовая клеммная коробка

а) Опора телевизионной антенны и антенны, защищенные изолированными молниеприемниками по методу защитного угла

1 - металлическая опора; 2 - горизонтальный проводник молниеприемника по коньку крыши; 3 - соединение между токоотводом на крыше и металлической опорой антенны; 4 - кабель антенны; 5 - главная шина уравнивания потенциалов; металлический экран кабеля антенны подключен к шине уравнивания потенциалов; 6 - испытательный зажим; 7 - телевизионный приемник; 8 - параллельная трасса для кабеля антенны и силового электрического кабеля; 9 - силовой электрический кабель; 10 - заземляющее устройство; 11 - главный электрический распределительный щиток с устройством защиты от перенапряжений; 12 - фундаментный заземлитель; 13 - проводник системы молниезащиты; - защитный угол; l - длина для расчета разделительного расстояния

Примечание - Для небольших зданий может быть достаточным использовать только два токоотвода в соответствии с 5.3.3.

b) Телевизионная антенна, у которой опора выступает в качестве стержневого молниеприемника

Рисунок Е.32 - Примеры выполнения молниезащиты здания с телевизионной антенной

Проводники молниеприемника, проводники на поверхности крыши и проводники токоотводов должны быть соединены с покрытием парапета крыши.

Для обеспечения качественного электрического контакта между листами фартука должны быть предусмотрены проводящие перемычки.

На рисунке Е.24 приведен пример конструкции молниеприемника, использующей проводящий фартук парапета в качестве естественного элемента молниеприемника СМЗ.

Проводящие части, такие как металлические баки, металлические трубопроводы и рельсы, смонтированные на крыше или выступающие над поверхностью крыши, могут быть использованы в качестве естественных компонентов молниеприемника при условии, что толщина их стенки соответствует требованиям таблицы 3.

Резервуары и трубопроводы, которые содержат газ или жидкости под высоким давлением либо огнеопасные газы или жидкости, не должны быть использованы в качестве естественных молниеприемников. Если избежать этого не представляется возможным, при проектировании трубопроводов должно быть учтено термическое воздействие тока молнии.

1 - катящаяся сфера; 2 - стержневой молниеприемник; 3 - электрическое оборудование; 4 - токоотвод; 5 - металлический резервуар; r - радиус катящейся сферы (см. таблицу 2); s - разделительное расстояние в соответствии с 6.3

Рисунок Е.33 - Выполнение молниезащиты металлического оборудования на крыше от прямого удара молнии

Проводящие части, расположенные над поверхностью крыши, такие как металлические баки, часто по технологическим причинам соединены с оборудованием, установленным внутри здания. Для того чтобы исключить протекание полного тока молнии через сооружение, необходимо обеспечить качественное соединение между такими естественными компонентами СМЗ и молниеприемной сеткой.

На рисунке Е.34 приведен пример выполнения присоединения проводящих конструкций на крыше к проводникам молниеприемника.

Проводящие части, расположенные над поверхностью крыши, такие как металлические баки и стальная арматура железобетона, должны быть соединены с системой молниеприемников.

Когда прямой удар молнии в проводящую часть на крыше недопустим, проводящая часть должна быть помещена в защищенный объем системы молниеприемников.

К проводящим покрытиям на стенах и на аналогичных частях сооружений, где риск пожара ничтожен, должны быть применены мероприятия в соответствии с 5.2.5.

На рисунке Е.35 приведен пример проводящего соединения между металлическими панелями фасада, приемлемый в тех случаях применения, где панели будут использованы в качестве естественных токоотводов. Представлены два способа: перемычка гибкой металлической полосой и соединение при помощи самонарезающих винтов.

Е.5.2.6 Изолированная система молниеприемников

Если используют изолированную СМЗ, то стержневые молниеотводы, расположенные рядом с защищаемыми сооружениями или оборудованием, предназначены для уменьшения вероятности удара молнии в сооружения, расположенные в их зонах защиты.

Если установлено более одного молниеотвода, то между ними могут быть подвешены проводники, при этом разделительное расстояние между установками и СМЗ должно быть выдержано в соответствии с 6.3.

Применение подвешенных между опорами проводников увеличивает защищенный объем, а также предназначено для распределения тока молнии между несколькими токоотводами. Падение напряжения на элементах СМЗ и электромагнитные помехи в защищенном объеме соответственно будут ниже, чем в том случае, когда подвешенные проводники отсутствуют.

1 - крепление проводника молниеприемника; 2 - металлическая труба; 3 - горизонтальный проводник молниеприемника; 4 - стальная арматура железобетона

Примечания

1 Стальная труба должна соответствовать 5.2.5 и таблице 6, проводник уравнивания потенциалов должен соответствовать данным таблицы 6, железобетонная арматура должна соответствовать требованиям 4.3. Место присоединения к арматуре крыши должно быть водостойким.

2 В данном случае уравнивание потенциалов выполнено с арматурой железобетонного сооружения.

Рисунок Е.34 - Соединение естественного стержневого молниеприемника с проводником молниеприемной сетки

Примечание - Электропроводящая перемычка совершенствует, в частности, защиту от электромагнитного импульса молнии. Вопросы защиты от электромагнитного импульса молнии рассмотрены в ГОСТ Р МЭК 62305-4.

Рисунок Е.35 - Конструкция перемычки между металлическими панелями фасада

Напряженность электромагнитного поля в сооружении уменьшается из-за увеличения расстояния между установками внутри здания и СМЗ. Изолированная СМЗ также может быть применена для сооружений из железобетона, за счет которого электромагнитное экранирование станет более эффективным. Однако для высоких сооружений выполнение изолированной СМЗ непрактично.

Изолированная система молниеприемников, выполненных подвеской тросов на изолированных опорах, может быть наиболее подходящей в том случае, если на поверхности крыши размещено большое количество выступающих протяженных конструкций, подлежащих защите. Изоляция опор должна соответствовать напряжению, рассчитанному на основе значения разделительного расстояния, определенного в соответствии с 6.3.

Примечание - Условия окружающей среды (загрязнение) могут понизить пробивное напряжение воздуха. Это должно быть учтено при определении требуемого разделительного расстояния между системой молниеприемников и сооружением.

Е.5.3 Системы токоотводов

Е.5.3.1 Общие положения

При выборе числа и расположения токоотводов следует учитывать, что если ток молнии делится между несколькими токоотводами, то вероятность бокового удара молнии и электромагнитных воздействий внутри здания уменьшается. Отсюда следует, что токоотводы должны быть равномерно распределены по периметру сооружения и расположены симметрично, по мере возможности.

Деление тока молнии становится более эффективным не только из-за увеличения числа проводников токоотвода, но также благодаря наличию кольцевых проводников уравнивания потенциалов между ними.

Проводники токоотвода должны быть размещены как можно дальше от внутренних цепей и металлических частей во избежание необходимости уравнивания потенциалов с СМЗ.

Необходимо учитывать следующее:

- токоотводы должны быть как можно короче (чтобы обеспечивать наименьшую возможную индуктивность);

- типичное расстояние между токоотводами показано в таблице 4;

- геометрия токоотводов и кольцевых проводников уравнивания потенциалов влияют на значение разделительного расстояния (см. 6.3);

- в консольных конструкциях разделительное расстояние должно быть также определено с учетом опасности поражения людей за счет обратного перекрытия со стены здания (см. Е.4.2.3.3).

Если расположить токоотводы на боковой стене здания или ее части невозможно из-за практических или архитектурных ограничений, то те токоотводы, которые должны быть на данной стене, должны быть размещены на других стенах. Расстояния между этими проводниками токоотвода не должны быть меньше, чем одна треть расстояний, указанных в таблице 4.

Значения расстояний между токоотводами могут варьироваться в пределах  20 %, если их среднее значение соответствует таблице 4.

Токоотводы должны быть установлены во внутренних дворах с периметром более 30 м. Типовые значения расстояния между токоотводами приведены в таблице 4.

Е.5.3.2 Число токоотводов для изолированной системы молниезащиты

Дополнительная информация отсутствует.

Е.5.3.3 Число токоотводов для неизолированной системы молниезащиты

Как указано в 5.3.3, токоотвод должен быть установлен на каждом внешнем углу сооружения.

Однако установка токоотвода на внешнем углу не требуется, если расстояние от внешнего угла до ближайших токоотводов соответствует одному из следующих условий:

- расстояние до двух соседних токоотводов не превышает половину расстояния, указанного в таблице 4;

- расстояние до одного соседнего токоотвода не превышает четверти расстояния, указанного в таблице 4.

Внутренние углы не рассматривают.

Е.5.3.4 Конструкция

Е.5.3.4.1 Общие требования

Внешние токоотводы должны быть установлены между системой молниеприемников и заземляющим устройством. При наличии естественных компонентов они могут быть использованы в качестве токоотводов. Если разделительное расстояние, которое нужно обеспечить между токоотводами и внутренними установками, рассчитанное при расположении токоотводов на основании данных таблицы 4, окажется слишком большим, то, чтобы уменьшить его значение, число токоотводов должно быть увеличено.

Системы молниеприемников, системы токоотводов и системы заземления должны быть расположены друг относительно друга таким образом, чтобы обеспечить наиболее короткий возможный путь для тока молнии. Токоотводы должны быть проложены как можно более прямолинейно от системы молниеприемников до заземляющего устройства. Если невозможно выполнить прямое соединение из-за большого свеса крыши и т.п., соединение системы молниеприемников и токоотвода должно быть выполнено с помощью специально предназначенного для этого проводника, а не естественного компонента, например водосточной трубы и т.п.

Если внешний вид имеет большое значение, допускается использовать тонкое покрытие защитной краской или полихлорвиниловое покрытие внешних токоотводов.

На рисунке Е.36 приведен пример внешней СМЗ для сооружения с несколькими уровнями конструкции крыши, а на рисунке Е.25 - пример конструкции внешней СМЗ здания высотой 60 м с плоской крышей и креплениями к ней.

1 - горизонтальный проводник молниеприемника; 2 - токоотвод; 3 - Т-образное соединение, стойкое к коррозии; 4 - испытательный зажим; 5 - кольцевой заземлитель, заземляющее устройство конфигурации В; 6 - Т-образное соединение на гребне крыши; 7 - размер ячейки

Примечание - Расстояние между токоотводами должно соответствовать данным 5.2 и 5.3 и таблицы 4.

Рисунок Е.36 - Установка внешней системы молниезащиты на сооружении из изоляционного материала с разными уровнями крыши

В сооружениях без непрерывных протяженных проводящих частей ток молнии протекает только по обычным токоотводам СМЗ. По этой причине расположение токоотводов определяет электромагнитные поля внутри сооружения (см. рисунок Е.37).

1 - естественные компоненты системы молниезащиты, например водостоки; 2 - проводники системы молниезащиты; 3 - испытательный зажим; 4 - соединение

Примечание - Расстояние между токоотводами и размер ячейки молниеприемной сетки должны соответствовать принятому уровню защиты от молнии в соответствии с таблицами 2 и 4.

Рисунок Е.37 - Пять примеров взаимного расположения проводников системы молниезащиты

Если число токоотводов увеличено, разделительное расстояние может быть уменьшено в зависимости от коэффициента k _c (см. 6.3).

В соответствии с 5.3.3 на сооружении должно быть выполнено не менее двух токоотводов.

1 - электрическое оборудование; 2 - электрические проводники; 3 - проводники системы молниезащиты; 4 - главный электрический распределительный щит с устройством защиты от перенапряжений; 5 - испытательный зажим; 6 - заземляющее устройство; 7 - электрический силовой кабель; 8 - фундаментный заземлитель; s - разделительное расстояние в соответствии с 6.3; l - длина для расчета разделительного расстояния s

Примечание - Пример иллюстрирует сложности, создаваемые электрическими или другими проводящими частями в пространстве под крышей здания.

Рисунок Е.38 - Конструкция системы молниезащиты с использованием только двух токоотводов и фундаментных заземлителей

Для больших сооружений, таких как высотные жилые здания и в частности промышленные и административные здания, которые часто проектируются как стальные каркасные или железобетонные каркасные здания или в которых использован железобетон, проводящие элементы конструкций могут быть применены в качестве естественных токоотводов.

Общий импеданс СМЗ для таких сооружений крайне низок, и они обеспечивают эффективную защиту от молнии для внутренних установок. В частности, полезно использовать проводящие поверхности стен в качестве токоотводов. Такими проводящими стеновыми поверхностями могут быть железобетонные стены, металлические поверхности фасадов и поверхности из сборного железобетона при условии, что они соединены между собой и имеют связи внутри каждого блока в соответствии с 5.3.5.

На рисунке Е.4 приведено подробное описание правильного выполнения СМЗ с использованием естественных компонентов, таких как взаимосвязанные стальные элементы.

Использование естественных компонентов, содержащих стальные элементы конструкции, уменьшает падение напряжения между системой молниеприемников и заземляющим устройством и снижает электромагнитные помехи, вызванные протеканием тока молнии внутри сооружения.

Если система молниеприемников соединена с проводящими частями колонн сооружения и с системой уравнивания потенциалов на уровне земли, то часть тока молнии протекает по этим внутренним токоотводам. Магнитное поле данной части тока молнии влияет на близлежащее оборудование и должно быть учтено при проектировании внутренней СМЗ и электрического и электронного видов оборудования. Значение таких долей тока молнии зависит от размеров сооружения и от числа колонн в предположении, что форма тока соответствует форме тока молнии.

Если система молниеприемника изолирована от внутренних колонн, ток через колонны внутри сооружения не протекает при условии, что не происходит нарушения изоляции. Если изоляция повреждена в непредвиденном месте, то большая, чем в первом случае, часть тока может протекать через отдельную колонну или группу колонн. Крутизна фронта тока может увеличиться из-за уменьшения длительности переднего фронта волны вследствие пробоя, и соседнее оборудование подвергается большему воздействию, чем в случае контролируемого соединения колонн с СМЗ сооружения.

На рисунке Е.10 показан пример исполнения внутренних токоотводов в большом железобетонном здании, используемом для промышленных целей. Электромагнитная среда вблизи внутренних колонн должна быть учтена при планировании внутренней СМЗ.

Е.5.3.4.2 Неизолированные токоотводы

В сооружениях с протяженными проводящими частями во внешних стенах проводники молниеприемника и заземляющее устройство должны быть соединены с проводящими частями сооружения во многих точках. Это уменьшит разделительное расстояние в соответствии с 6.3.

В результате таких соединений проводящие части сооружения выступают в качестве токоотводов, а также в качестве шин уравнивания потенциалов.

В больших плоских сооружениях (как правило, это промышленные здания, выставочные залы и т.п.) с размерами, превышающими четырехкратное значение расстояния между токоотводами, везде, где возможно, примерно через каждые 40 м должны быть предусмотрены дополнительные внутренние токоотводы для того, чтобы уменьшить разделительное расстояние для точек удара, от которых ток молнии протекает на большее расстояние по плоской крыше.

Все внутренние колонны и все внутренние стены с проводящими частями должны быть соединены с системой молниеприемников и с заземляющим устройством в подходящих точках.

На рисунке Е.10 показана СМЗ большого здания с внутренними колоннами, выполненными из железобетона. Для того чтобы исключить опасное искрение между различными проводящими частями сооружения, арматура колонн соединена с системой молниеприемников и с заземляющим устройством. В результате часть тока молнии будет протекать через эти внутренние токоотводы. Ток делится между многочисленными токоотводами, и он будет иметь примерно такую же форму волны, как и ток молнии. Крутизна переднего фронта, однако, будет уменьшена. Если эти соединения не выполнены и произойдет пробой, только один или несколько токоотводов будут проводить ток.

Форма волны тока в месте пробоя будет существенно более крутая, чем волна тока молнии, а поэтому напряжения, наведенные в контурах цепей, проложенных вблизи, будут существенно выше.

Для таких сооружений особенно важно, чтобы перед началом работ по проектированию сооружения проект здания и проект СМЗ были бы скоординированы таким образом, чтобы проводящие части сооружения могли быть использованы для молниезащиты. При качественно скоординированном проекте высокая эффективность СМЗ достигается при минимальной стоимости.

Защита от молнии пространства и людей под нависающими верхними этажами, например консольное перекрытие верхнего этажа, должна быть спроектирована в соответствии с Е.4.2.3.3 и рисунком Е.2.

Непосредственная установка токоотводов внутри наружной штукатурки не рекомендуется, так как штукатурка может быть повреждена в результате теплового расширения проводников. Кроме того, штукатурка может быть обесцвечена из-за химической реакции. Повреждение штукатурки наиболее вероятно из-за нагрева и механических усилий, вызванных протеканием тока молнии. Применение проводников, покрытых ПВХ-оболочкой, предотвращает окрашивание.

Е.5.3.5 Естественные компоненты

Для увеличения общего числа параллельных проводников рекомендуют использовать естественные токоотводы, так как это уменьшает падение напряжения в токоотводах и электромагнитные помехи внутри сооружения. Однако должно быть гарантировано, что такие токоотводы являются электрически непрерывными на всем протяжении от системы молниеприемников до заземляющего устройства.

Стальная арматура железобетонных стен должна быть использована в качестве естественного компонента СМЗ, как показано на рисунке Е.27.

Стальная железобетонная арматура вновь сооружаемых зданий должна быть выполнена в соответствии с Е.4.3. Если электрическая непрерывность естественных токоотводов не может быть гарантирована, то должны быть проложены специально предназначенные для этой цели токоотводы.

Металлические водосточные трубы, которые удовлетворяют требованиям к естественным токоотводам, изложенным в 5.3.5, могут быть использованы в качестве токоотводов.

На рисунке Е.22, а) - с) приведены примеры крепления проводников на крыше и токоотводов, включая соответствующие геометрические размеры, а на рисунке Е.22, с) и d) показано соединение токоотводов с металлическими водосточными трубами, проводящими водосточными желобами и заземляющим устройством.

Арматура железобетонных стен или колонн и стальной строительный каркас могут быть использованы в качестве естественных токоотводов. Металлические фасады или фасадные покрытия сооружения могут быть применены в качестве естественных токоотводов, если они соответствуют 5.3.5. На рисунке Е.8 показана конструкция системы естественных токоотводов с использованием элементов металлического фасада и арматуры железобетонных стен в качестве плоскости уравнивания потенциала, к которой присоединены шины уравнивания потенциалов внутренней СМЗ. В верхней части покрытия стены должны быть выполнены соединения с системой молниеприемников, а в нижней части - с заземляющим устройством и с арматурой железобетонных стен, если это возможно.

Распределение тока в таких металлических фасадах более равномерно, чем в железобетонных стенах. Листовые металлические фасады состоят из отдельных панелей, как правило, трапециевидного поперечного сечения с шириной от 0,6 до 1,0 м и с длиной, соответствующей высоте сооружения. У высоких сооружений длина панели не соответствует высоте сооружения из-за сложностей с транспортированием. В этом случае фасад состоит из ряда секций, смонтированных одна над другой.

Для металлических фасадов максимальное тепловое расширение должно быть рассчитано как разница в длине при максимальной температуре металлического фасада при солнечном освещении примерно плюс 80 °С и при минимальной температуре минус 20 °С. Разница температуры в 100 °С соответствует тепловому расширению 0,24 % для алюминия и 0,11 % для стали. Тепловое расширение панелей приводит к перемещению панелей по отношению к следующей секции или к креплениям.

Металлические соединения, такие как показаны на рисунке Е.35, обеспечивают равномерное распределение тока в металлических фасадах и тем самым уменьшают влияние электромагнитного поля внутри сооружения. Металлический фасад гарантирует максимальное электромагнитное экранирование, когда он электрически взаимно соединен по всей его поверхности. Высокая эффективность электромагнитного экранирования сооружения достигается, когда постоянное соединение металлических панелей фасада выполняют с достаточно небольшими интервалами. Равномерность распределения тока напрямую зависит от числа соединений.

Если существуют строгие требования к обеспечиваемому коэффициенту экранирования, а на фасаде расположен непрерывный пояс окон, то этот пояс окон должен быть шунтирован путем выполнения электропроводящих перемычек с небольшими интервалами. Это может быть обеспечено использованием металлических рам окон. Металлический фасад должен быть соединен с металлическими рамами окон с небольшими интервалами. Как правило, каждый край соединяется с горизонтальной поперечной рейкой рамы окна с интервалами, не превышающими шаг расположения вертикальных элементов конструкции окна. Изгибы проводников и прокладка в обход должны быть исключены (см. рисунок Е.9). Металлические фасады, состоящие из относительно небольших элементов, не соединенных между собой, не могут быть использованы в качестве естественных систем токоотводов или для электромагнитного экранирования.

Дополнительная информация по защите электрических установок и электронного оборудования в сооружениях приведена в ГОСТ Р МЭК 62305-4.

Е.5.3.6 Испытательный зажим

Испытательный зажим (разъемное соединение) предназначен(о) для облегчения измерения сопротивления заземляющего устройства.

Испытательные зажимы, отвечающие требованиям 5.3.6, должны быть предусмотрены в местах соединений токоотводов с заземляющим устройством. С помощью этих зажимов посредством проведения измерений определяют наличие соединений с заземляющим устройством. Кроме того, становится возможным подтверждение наличия электрически непрерывного соединения между испытательным зажимом и системой молниеприемников или с соседней шиной уравнивания потенциалов. На высоких сооружениях кольцевые проводники соединяют с токоотводами, которые могут быть установлены в стене скрыто, и их наличие может быть подтверждено только путем электрического измерения.

На рисунках от Е.39, а) до E.39, d) показаны примеры конструктивного исполнения испытательных зажимов, которые могут быть установлены на внутренней или внешней стене сооружения или в инспекционном колодце в грунте за пределами сооружения [см. рисунок Е.39, b)]. Для обеспечения возможности измерения металлосвязи для некоторых проводников могут потребоваться изолирующие оболочки на критических секциях.

Если это имеет значение (например, в случае соединения выводов заземляющего устройства со стальными колоннами посредством соединительных проводников), соединения от естественных токоотводов к выводам заземляющего устройства могут быть выполнены при помощи отрезков изолированных проводников и испытательных зажимов. Для облегчения мониторинга состояния молниезащитного заземляющего устройства следует устанавливать специальные сравнительные заземлители.

Вариант 1 - Испытательный зажим на стене 1 - токоотвод; 2 - заземлитель конфигурации B, если применим; 3 - заземлитель конфигурации A, если применим; 4 - фундаментный заземлитель; 5 - соединение с внутренней СМЗ; 6 - испытательный зажим на стене; 7 - Т-образное соединение в грунте, стойкое к коррозии; 8 - соединение в грунте, стойкое к коррозии; 9 - соединение между токоотводом и стальной колонной

Вариант 2 - Испытательный зажим в полу 1 - токоотвод; 2 - заземлитель конфигурации А, если применим; 3 - шина уравнивания потенциалов внутренней СМЗ; 4 - кольцевой заземлитель конфигурации В; 5 - кольцевой заземлитель конфигурации В; 6 - испытательный зажим в инспекционном колодце; 7 - Т-образное соединение в грунте, стойкое к коррозии; 8 - соединение в грунте, стойкое к коррозии; 9 - соединение между проводником токоотвода и стальной колонной

Примечания

1 Испытательные зажимы, показанные на рисунке E.39, d), должны быть установлены на внутренней или наружной стене сооружения или в инспекционном колодце в земле с наружной стороны сооружения.

2 Для обеспечения возможности измерения сопротивления петли некоторые соединительные проводники должны иметь изоляционную оболочку на критических секциях.

Рисунок Е.39 - Четыре примера соединения заземляющего устройства с СМЗ сооружений, где использованы естественные токоотводы (стальные колонны), и конструкция испытательных зажимов

E.5.4 Заземляющее устройство

Е.5.4.1 Общие требования

Проектировщик СМЗ и монтажник СМЗ должны выбрать наиболее подходящие типы заземлителей и должны расположить их на безопасном расстоянии от входов и выходов в/из сооружения и от внешних проводящих частей в земле, таких как кабели, металлические короба и т.п. Отсюда следует, что проектировщик СМЗ и монтажник СМЗ должны предусмотреть специальные меры защиты от опасного шагового напряжения вблизи заземляющего устройства, если они установлены в зонах, доступных человеку (см. раздел 8).

Требование к значению общего сопротивления заземления 10 Ом является весьма умеренным для тех сооружений, в которых выполнено уравнивание потенциалов. Значение сопротивления заземления должно быть как можно более низким во всех случаях, но особенно для тех сооружений, где содержатся взрывчатые вещества. В любом случае наиболее важным средством является выполнение соединений для уравнивания потенциалов.

Глубина прокладки и тип заземлителей должны быть такими, чтобы свести к минимуму влияние коррозии, высыхания и промерзания почвы и, таким образом, сохранить неизменным эквивалентное сопротивление заземления.

Рекомендуется считать, что верхние полметра вертикального заземлителя не эффективны в условиях промерзания.

Вертикальные заземлители большой длины могут быть эффективными в тех случаях, когда удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и где слои с низким удельным сопротивлением находятся на глубинах, превышающих те, до которых заглубляются обычные вертикальные заземлители.

Если металлическая арматура железобетона используется в качестве заземлителя, особое внимание должно быть уделено соединению арматурных элементов между собой, чтобы предотвратить механическое растрескивание бетона.

Если металлическая арматура железобетона также используется в качестве защитного заземления, в отношении толщины стержней и качества соединений должны быть предъявлены наиболее строгие требования. В этом случае размеры арматуры могут быть увеличены. При любых обстоятельствах необходимо выполнять прокладку элементов молниезащитного заземляющего устройства по наиболее прямым и коротким трассам.

Примечание - В случае применения предварительно напряженных железобетонных конструкций внимание должно быть уделено последствиям протекания токов молнии, которые могут привести к недопустимым механическим напряжениям.

Е.5.4.2 Конструкция заземляющих устройств

Е.5.4.2.1 Заземляющее устройство конфигурации А

Заземляющее устройство конфигурации А применимо для низких сооружений (например, частные дома), для существующих сооружений, для СМЗ с применением стержневых молниеприемников или молниезащитных тросов, а также для изолированной СМЗ.

Это тип исполнения заземляющего устройства включает в себя горизонтальные или вертикальные заземляющие электроды, присоединенные к каждому токоотводу.

Если выполнен кольцевой проводник, соединяющий токоотводы между собой, заземляющее устройство по-прежнему классифицируется как конфигурация А, если в контакте с грунтом находится менее 80 % длины кольцевого проводника.

Для заземляющего устройства конфигурации А минимальное число заземлителей составляет один для каждого токоотвода и два для всей СМЗ.

Е.5.4.2.2 Заземляющее устройство конфигурации В

Заземляющее устройство конфигурации В рекомендуют применять для СМЗ с молниеприемной сеткой и с несколькими токоотводами.

Данная конфигурация заземляющего устройства представляет собой либо выполненный за пределами здания кольцевой заземлитель, у которого в контакте с землей находится не менее 80 % его общей длины, либо фундаментный заземлитель.

Для голых скальных пород рекомендуют применять только заземляющее устройство конфигурации В.

Е.5.4.3 Конструкция

Е.5.4.3.1 Общие положения

Заземляющие устройства должны выполнять следующие задачи:

- отведение тока молнии в грунт;

- соединение для уравнивания потенциалов между токоотводами;

- обеспечение допустимых уровней потенциала вблизи проводящих стен здания.

Фундаментные заземлители и кольцевые заземлители конфигурации В отвечают данным требованиям. Радиальные заземлители конфигурации А или вертикальные заземлители большой длины не отвечают этим требованиям в части уравнивания потенциалов и контроля за уровнем потенциала.

Фундаменты здания с взаимосвязанной арматурой железобетона следует использовать в качестве фундаментных заземлителей. Они обеспечивают крайне низкое сопротивление заземления и качественно выполняют функцию уравнивания потенциалов. Если это невозможно, вокруг здания должно быть смонтировано заземляющее устройство, предпочтительно конфигурации В.

Е.5.4.3.2 Фундаментные заземлители

Фундаментные заземлители, которые соответствуют требованиям 5.4.4, включают в себя проводники, находящиеся в фундаменте здания ниже уровня земли. Длина дополнительных заземлителей должна быть определена с помощью диаграммы, представленной на рисунке 3.

Фундаментные заземлители размещают в бетоне. Они имеют преимущество, заключающееся в том, что если бетон качественный и покрывает фундаментные заземлители слоем не менее 50 мм, то заземлители надежно защищены от коррозии. Следует также помнить, что арматура в бетоне имеет такой же электрохимический потенциал, как и медь в грунте. Таким образом, фундаментный заземлитель является грамотным инженерным решением при проектировании заземляющих устройств для железобетонных зданий (см. Е.4.3).

Металл, используемый для заземлителей, должен соответствовать требованиям, перечисленным в таблице 7, при этом обязательно должна быть учтена коррозионная стойкость металла в грунте. В 5.6 приведены указания по учету коррозионной стойкости. Если данные по некоторым видам грунта отсутствуют, следует использовать опыт эксплуатации заземляющих устройств на соседних объектах с грунтами аналогичных химических свойств и консистенции. При обратной засыпке траншеи с заземлителем необходимо исключить контакт зольной пыли, частиц угля, строительного мусора с заземлителем.

Следующий важный вопрос - электрохимическая коррозия. Сталь в бетоне имеет примерно такой же электрохимический потенциал, как и медь в грунте. По этой причине, когда сталь в бетоне соединяется со сталью в грунте, между ними возникает разность электрохимических потенциалов приблизительно 1 В, что вызывает протекание тока коррозии через грунт и влажный бетон и приводит к разрушению стали в грунте.

В качестве заземлителей в грунте в тех местах, где они соединяются со сталью в бетоне, следует использовать медные проводники, стальные проводники, покрытые медью, или проводники из нержавеющей стали.

По периметру здания в ленточном фундаменте должны быть проложены металлический проводник, соответствующий параметрам таблицы 7, или оцинкованная стальная полоса, от которых в предназначенных для этого точках выполняют выводы для подключения испытательных зажимов в токоотводах.

Прокладка вертикальных проводников от заземлителя к токоотводам может быть выполнена по кирпичной кладке, в штукатурке или внутри стены. Выводы для присоединения к стали, размещенные внутри стены, могут проходить сквозь гудронированную бумагу, как правило, используемую для гидроизоляции между фундаментом и кирпичной стеной. Прокол гидроизоляции в этой точке обычно не наносит вреда.

Для уменьшения влажности в подвальных этажах под фундаментом здания часто размещают гидроизолирующий слой, который обеспечивает электрическую изоляцию. В этом случае заземлитель должен быть расположен под фундаментом в слое бетонной подготовки. Конструкция заземляющего устройства должна быть согласована со строителями.

Если уровень грунтовых вод высок, фундамент сооружения должен быть гидроизолирован. Слой гидроизоляции должен быть выполнен на внешней поверхности фундамента, что также обеспечивает электрическую изоляцию. Обычной практикой в выполнении такого гидроизолированного фундамента является укладка слоя бетонной подготовки толщиной от 10 до 15 см на дне котлована фундамента, на который укладывается изоляция, а затем сам бетонный фундамент.

Фундаментный заземлитель в виде сетки размером ячейки не более 10 м должен быть выполнен в слое бетонной подготовки на дне фундаментного котлована.

Проводник, соответствующий параметрам таблицы 7, должен соединять сетку заземлителя с арматурой железобетонного фундамента, с кольцевыми заземлителями и с токоотводами, расположенными снаружи относительно слоя гидроизоляции. Если допустимо, то для прохода сквозь слой гидроизоляции могут быть использованы специальные водоупорные муфты.

Если нарушение гидроизолирующего слоя не допускается строителями здания, соединения с заземляющим устройством должны быть выполнены за пределами сооружения.

На рисунке Е.40 показаны три различных примера выполнения фундаментных заземлителей сооружения с водозащищенными фундаментами.

Кроме того, здесь также продемонстрированы некоторые корректные способы присоединения к заземляющему устройству сооружений с изолированным фундаментом. На рисунке Е.40, а) и b) показаны соединения, выполненные снаружи по отношению к слою гидроизоляции без ее повреждения; на рисунке 40, с) представлена водоупорная муфта, проходящая через слой гидроизоляции без нарушения ее водонепроницаемости.

1 - токоотвод; 2 - испытательный зажим; 3 - проводник уравнивания потенциалов к внутренней СМЗ; 4 - слой бетонной подготовки; 5 - соединительный проводник от заземлителя к СМЗ; 6 - фундаментный заземлитель; 7 - слой гидроизоляции; 8 - соединительный проводник между стальной арматурой железобетона и испытательным зажимом; 9 - стальная арматура железобетона; 10 - специальная водоупорная муфта для соединения через слой гидроизоляции

Примечание - Необходимо разрешение со стороны строителей.

Рисунок Е.40 - Конструкция фундаментного кольцевого заземлителя для сооружений с различным исполнением фундамента

Е.5.4.3.3 Конфигурация А - радиальные и вертикальные заземлители

Радиальные заземлители должны быть подключены к нижним концам токоотводов с использованием испытательных зажимов. На конце радиальных заземлителей могут быть установлены вертикальные заземлители, если это необходимо. Каждый токоотвод должен быть соединен с заземлителем. На рисунке Е.41 показаны примеры исполнения заземлителей конфигурации А, причем на рисунке 41, а) проиллюстрировано, как проводник молниезащиты, выбранный в соответствии с требованиями таблицы 7, заглублен в грунт с помощью специальных стержней. Выполнение заземления таким методом имеет несколько практических преимуществ и предотвращает использование зажимов и соединений в грунте. Наклонные или вертикальные заземлители обычно просто забивают в грунт.

1 - короткий самый верхний отрезок заглубляемого стержня; 2 - проводник заземлителя; 3 - грунт; 4 - отрезки заглубляемого стержня; 5 - стальное острие

Примечания

1 Непрерывный гибкий проводник заглубляют в грунт при помощи коротких стержней. Электрическая непрерывность проводника заземлителя является большим преимуществом использования этой технологии ввиду того, что в проводнике заземлителя отсутствуют соединения. Кроме того, короткие отрезки стержня комфортны в обращении.

2 Самый верхний отрезок заглубляемого стержня может быть удален.

3 Самая верхняя часть проводника заземлителя может иметь изолирующую оболочку.

а) Пример заземляющего устройства конфигурации А с вертикальным заземлителем

1 - удлиняемый вертикальный заземлитель; 2 - муфта заземлителя; 3 - грунт; 4 - зажим на вертикальном заземлителе; 5 - заземляющий проводник

b) Пример заземляющего устройства конфигурации А с вертикальным заземлителем

Рисунок Е.41 - Два примера выполнения вертикального заземлителя в заземляющем устройстве конфигурации А

Кроме представленных имеются другие типы вертикальных заземлителей. Крайне важно обеспечить пост