Проверка устройств молниезащиты зданий

Молния ― это природное явление, сопровождаемое электрическим искровым разрядом, свечением канала этого разряда и громким взрывоподобным звуком (грозовыми раскатами). Во время этого явления электрическая энергия преобразуется в тепловую, световую и звуковую.

Молнии происходят во время грозовой активности в атмосфере. Эти разряды бывают как между грозовыми облаками (внутриоблачные), так и между облаками и поверхностью земли (молнии облако-земля). По последним научным данным частота ударов молний на нашей планете составляет примерно 44 ± 5 раз в секунду. При этом 75 % всех молний внутриоблачные, а лишь 25 % ударяют по поверхности земли. Как правило, молния, бьющая в поверхность земли, поражает самое высокое здание или сооружение из всех близлежащих. Также на больших открытых площадях (поле, поляна, поверхность воды) они могут поражать одиноко стоящие строения, деревья или даже людей.

Главными опасными и разрушительными факторами этого явления являются температура, сила растекающегося тока и ударная волна. В канале прохождения молнии происходит нагревание воздуха и твёрдых тел до огромных температур (более 20000-30000 °С), величина силы тока достигает 10000-500000 А. Ударная волна возникает близко к каналу разряда и на небольших расстояниях может разрушать здания, сооружения, деревья, травмировать людей даже без поражения током.

В процессе разряда молнии происходит мощный электромагнитный импульс. Этот импульс представляет собой возмущение электромагнитного поля с возникновением наведённых напряжений и токов в различных проводниках, элементах электрического и электронного оборудования. В результате его возникновения возможен выход из строя изоляции электрооборудования, трансформаторов, полупроводниковых приборов и электронных элементов. Основным способом защиты от электромагнитного импульса является экранирование. Также широкое распространение получили устройства защиты от импульсных перенапряжений УЗИП.

В энергетике защита от молний и их вторичных проявлений является важнейшей задачей, т.к. энергетическое оборудование: силовые трансформаторы, выключатели, оборудование ОРУ является весьма дорогостоящим и зачастую уникальным. Поломки или даже временный выход из строя оборудования высоковольтных подстанций может поставить под угрозу систему энергоснабжения целых городов, районов, а в случае с перебоями в работе ПС-750 кВ и выше могут быть нарушены перетоки мощности между АЭС, ГЭС и частями энергосистемы России.

Обратимся к ПУЭ:

Молниезащита ― это комплекс технических мероприятий, направленных на минимизацию разрушительных негативных последствий воздействия молнии.

Принцип действия устройств молниезащиты основан на том, что вероятность поражения молнией наземного объекта увеличивается с увеличением его высоты и с увеличением электропроводности грунта под этим объектом. Система молниезащиты состоит из следующих элементов:

• молниеотвод;
  
• токоотвод;
  
• заземляющее устройство.

Молниеотвод, молниеприёмник (1) ― это устройство, которое непосредственно принимает на себя разряд молнии и выполняется обычно в виде стержня, натянутого троса или сетки.
Токоотвод (3) ― это устройство, проводящее энергию молнии, её разряд от молниеотвода к заземляющему устройству.
Заземляющее устройство (4) ― это устройство, которое уводит разряд молнии в грунт через углублённые вертикальные электроды.

Существует несколько методик расчёта элементов защиты (электрических подстанций, зданий, сооружений) от ударов молнии.

Первая методика ― методика, разработанная профессором А.А. Акопяном, подтверждается большим количеством лабораторных исследований на моделях, проводившихся в 1936-1940 гг. В соответствии с данной методикой, зона защиты стержневых молниеотводов высотой до 60 метров представляет собой «шатёр». Объекты, находящиеся внутри его, защищены от ударов молнии с вероятностью P ≈ 0,999.

Для проектирования систем молниезащиты на сегодняшний день действует два нормативных документа: РД 34.21.122-87 «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» от 30.07.87 г. и CO 153—34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» от 30.06.03 г.

Данные нормативные документы не содержат однозначных указаний об обязательности защиты зданий от поражений молниями. Поэтому уровень надежности защиты зданий и сооружений от поражений молниями определяется проектной организацией. При проектировании системы молниезащиты должны учитываться справочные характеристики интенсивности грозовой деятельности и грозопоражаемости зданий и сооружений в рассматриваемой этой местности.

Все соединения элементов системы молниезащиты рекомендуется выполнять сварными. Сварочные работы относятся к огневым, т.е. к работам с применением открытого огня, искрообразованием и нагреванием поверхностей, предметов до температур, способных вызвать воспламенение материалов и конструкций. На взрывоопасных и взрывопожароопасных объектах при необходимости выполнить соединения молниеотводов с токопроводами, токопроводами с заземлителями, обычно рекомендуется делать это с использованием болтовых соединений.

Электролаборатория, имеющая свидетельство о регистрации в Ростехнадзоре, выполняет визуальный осмотр и измерения сопротивления металлосвязи, заземления с оформлением протоколов установленной формы.

Процесс проведения проверки систем молниезащиты состоит из нескольких этапов:

• проверка молниезащиты на соответствие проекту и НТД;
  
• визуальный осмотр состояния системы молниезащиты, целостности её элементов, отсутствия коррозии, качества болтовых соединений, при этом сварные соединения проверяются постукиванием молотка;
  

• проверка металлосвязи; величина измеренного переходного сопротивления молниеотводов с токопроводами, токопроводами с заземлителями должна быть менее 0,05 Ом;
• измерение сопротивления заземляющего устройства (см. статью Измерение сопротивления заземляющих устройств)

При приближении грозового фронта все работы по осмотру, обследованию и измерениям системы молниезащиты следует немедленно прекратить.

Для железобетонных фундаментов-заземлителей (подножники, сваи) допустимая величина сопротивления не нормируется, т.к. они способны без механического разрушения выдерживать токи молнии до 100 кА; для этих фундаментов регламентируются только минимальные допустимые размеры (РД 34.21.122-87 табл. 2).

Итоговые данные измерений вносятся в протоколы проверки технического отчета электролаборатории.