Монтаж и эксплуатация систем молниезащиты зданий. Особенности проектирования

Удары молнии могут вызывать пожары и опасность для жизни и здоровья людей как внутри так и вне зданий, но гораздо чаще они повреждают кровлю здания и установленное на ней оборудование, иногда могут быть нанесены повреждения и фасаду. Также возможен занос потенциала в здание и повреждение оборудования в нем. Все это приводит к капитальным затратам большим и внезапным - например повреждение приточной установки, кондиционера или кровли в жаркое дождливое время потребует срочного устранения.

Молния опасна не только прямыми ударами, зачастую повреждения вызываются её ударом в системы электроснабжения здания или ударами рядом с ними, возникающие при этом перенапряжения могут повредить не только сами системы электроснабжения но и дорогостоящее оборудование.

Если Ваше здание выполняется со стенами из сэндвич панелей на металлическом каркасе, и составляет по сути любимую фокусниками клетку Фарадея, риски угрозы жизни людей и повреждения как здания так и его систем не исчезают.

Собственно молниезащита является средством управления рисками и во многом схожа со страховкой, только вероятность наступления страхового случая во многом зависит от Вас, вашего проектировщика и монтажника.

Первым этапом работы будет расчет рисков и оценка их соответствия нормативам.

Для оценки рисков проектировщик производит их расчет на основании методик действующих нормативных и правовых актов. Например - риск повреждения при прямом ударе молнии может быть меньше допустимого, а риск при ударе в систему электроснабжения выше допустимого. После оценки рисков производится выбор мер молниезащиты.

Молниезащита бывает внешняя и внутренняя. Внешняя состоит из молниеприемников, токоотводов и заземления, к внутренней относится уравнивание потенциалов в здании и защита от перенапряжений здание. В нашем примере достаточно защитить здание от перенапряжений заносимых в здание при ударе молнии в сети электроснабжения либо рядом с ними и выполнить уравнивание потенциалов в здании. В таком случае не стоит забывать о снятии статического электричества с металлических кровель, и защите установленного на кровле оборудования (по согласованию с заказчиком) - риски могут быть ниже допустимых нормами, но вероятность удара в приточную установку стоящую на кровле остается.

Чаще всего, на основании расчетов рисков, применяется и внешняя и внутренняя молниезащита.

Следующим, самым важным, этапом будет выбор непосредственно средств молниезащиты, так как от них будет зависеть не только стоимость системы но и стоимость, сроки и удобство монтажа и эксплуатации.

Начнем с внешней молниезащиты, самая заметная ее часть - молниеприемники, они могут выполняться в виде сетки из металлической проволоки нормативного диаметра с нормативными размерами ячейки или отдельно стоящими мачтами, зачастую применяется совмещение молниеприемной сетки и мачт.

В ряде случаев и сама кровля может служить молниеприемником - например металлический навес.

Плюсы сетки:

• простой монтаж, в большинстве случаев проволока просто защелкивается в держатели,
•  относительная дешевизна, основные затраты уйдут на держатели проволоки.

Минусы сетки:

• сложно убирать снег с кровли не повредив сетку;
• необходимость соблюдения расстояния в 10 см от не являющихся негорючими материалов покрытия;
• при больших площадях возможно смещение сетки в результате расширения и сжатия проволоки при температурных колебаниях - данная проблема решается установкой компенсаторов температурного расширения и грамотным монтажом;
• остается необходимость защиты оборудования установленного на кровле отдельными молниеприемниками и присоединение выступающих элементов кровли к молниеприемной сетке.

Плюсы отдельно стоящих молниеприемников:

• при грамотном расположении молниеприемных мачт значительно сокращается количество проволоки и ее держателей;
• при грамотном объединении мачт становится возможной удобная эксплуатация кровли;
• выполняется защита выступающих элементов и оборудования;
• большие затраты времени проектировщика.

Минусы молниеприемных мачт:

• относительно большая цена;
• масса комплекта мачты может составлять 15-50кг, так как мачты зачастую устанавливаются на бетонные блоки.

Случаи когда сама кровля соответствует нормативным требованиям молниезащиты и может выступать молниеприемником встречаются нечасто.

Выбор оптимального варианта выполняет проектировщик с учетом пожеланий и потребностей заказчика.

Для присоединения молниемприемников к системе заземления служат токоотводы. В качестве токоотводов могут выступать как металлическая проволока нормативного диаметра с нормативным шагом, так и металлический каркас здания (естественные токоотводы), при соответствии требованиям нормативов - что встречается не часто.

Основная проблематика токоотводов выполняемых проволокой - они прокладываются по фасадам. Самый простой и дешевый вариант - открытая прокладка. В таких случаях необходимо исключить возможность прикосновения человека к токоотводам - можно конечно установить таблички с предупреждением, но лучше заключить токоотвод в изолирующую трубу в зоне доступной для прикосновения. В ряде случаев можно скрыть токоотводы - например под вентфасадом или штукатуркой, зачастую такие варианты дороже и сложнее в монтаже и эксплуатации - но они позволяют сохранять архитектурные решения фасадов.

Выбор наиболее оптимального варианта здесь зависит в первую очередь от пожеланий заказчика.

Стоит уделить особое внимание подбору держателей, как для токоотводов так и для молниеприемной сетки. Существует большой выбор различных вариантов держателей, и каждый имеет свои плюсы и минусы, какие-то дешевле, какие-то удобнее и надежнее. Не стоит забывать и о герметизации мест установки держателей, например на закрываемых металлических парапетах. Также необходимо присоединять к системе молниезащиты металлические ограждения, парапеты, водостоки, снегодержатели и так далее.

Незаметной но очень важной частью системы является заземление, как правило оно состоит из вертикальных и горизонтальных заземлителей. Тут или дешевле - или надежнее. Например можно выполнять заземление сталью без покрытия и соединения выполнять болтовые - это дешевле но менее долговечно, а можно использовать оцинкованную сталь и сварку - дороже, но такой заземлитель прослужит гораздо дольше. Кроме того вместо цельного прута можно использовать сборные вертикальные заземлители, хоть они и дороже но гораздо удобнее и риски повреждения покрытия при монтаже гораздо ниже. Также применяются и химические заземлители - зачастую система заземления на их основе оказывается дешевле обычной, но такое заземление требует правильной эксплуатации.

Выбор системы заземления в первую очередь зависит от удельного сопротивления грунта и конфигурации здания, пожелания заказчика важны и в данном вопросе.

Перейдем к внутренней молниезащите. Уравнивание потенциалов в данной статье мы подробно затрагивать не будем, так как эта тема заслуживает отдельной статьи и зачастую данные решения учитываются иным разделом проектной документации и выполняются монтажниками систем электроснабжения и электроосвещения. Упомянем что уравнивание потенциалов необходимо для исключения опасного искрения между проводящими частями при ударе молнии в систему молниезащиты здания.

 Для защиты от заноса высокого потенциала в здание при ударе молнии в систему молниезащиты или по сетям электроснабжения применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений - УЗИП, они бывают разных типов и служат для защиты от перенапряжений и пиковых токов молнии. Чаще всего применяются УЗИП типа 1+2 обеспечивающие защиту от ударов молнии и большинства перенапряжений. Данные устройства достаточно дороги но они защищают как силовые шкафы так и подключенное к ним оборудование.

И вот всё выбрано посчитано и у Вас на руках хороший проект. Теперь не стоит экономить на монтаже. Неправильно смонтированные молниеприемники могут смещаться, падать, наконец коррозировать и терять свою работоспособность и защитные функции; неправильно смонтированные токоотводы могут приводить к повреждению фасадов и даже возгораниям, не говоря уже о внешнем виде; неправильно установленные держатели могут нарушить герметичность покрытий и не выдержать физических нагрузок при прохождении тока молнии; а неправильно смонтированная система заземления может не обеспечить требуемое сопротивление и вызвать дополнительные затраты, или коррозировать очень быстро.

В эксплуатации, при хорошем проекте и монтаже, все обычно просто - достаточно проверять раз в год сопротивление системы заземления и после грозовых явлений проверять УЗИП-ы во вводных устройствах зданий, полезным будет и регулярный осмотр молниеприемников и открытых токоотводов.