Молниезащита школы с плоской кровлей

Как защитить школу от молнии?

Технический центр ZANDZ получил задание рассчитать молниезащиту для школы в Калининградской области. Здание имеет большие габариты и переменную этажность. Эти факты предполагают использование большого количества молниеотводящего оборудования, чтобы соблюсти все необходимые нормы защиты.

Наши специалисты так бы и поступили, если бы не одна особенность: по всему периметру кровли выполнено металлическое ограждение, которое может послужить отличным естественным молниеприёмником. Необходимо только объединить ограждения в непрерывную систему токоотводов и дополнить её искусственными стержневыми молниеприёмниками. Как мы знаем, элементы кровли, помимо своего основного назначения, могут выполнять еще и функцию молниезащиты.

Давайте рассмотрим, какие решения были приняты:

Объект: Школа

Задача: Молниезащита здания должна быть выполнены в соответствии со следующими нормативными документами:

СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (далее СО)

РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (далее РД)

Защищаемое сооружение относится к обычным с точки зрения молниезащиты в соответствии с СО и к 3-ей категории согласно РД.

Решение: Защита зданий от разрядов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Оно состоит из молниеприёмника, непосредственно воспринимающего на себя разряд молнии, токоотвода и заземлителя.

Комплекс мероприятий по обеспечению необходимых требований к системе молниезащиты представлен следующими решениями:

В качестве молниеприёмников и токоотводов используется ограждение по периметру крыши и металлические лестницы. Необходимо обеспечить непрерывную электрическую связь между ними с помощью проволоки стальной омедненной D=8 мм и зажимов ZZ-005-064.

Дополнительно выполняется установка двух молниеприёмников-мачт на трех бетонных основаниях высотой 4 м и шести стержневых молниеприёмников высотой 4 м, крепление которых осуществляется к стене. Учтено, что 0,5 м длины стержней уходит на крепление.

По периметру крыши не реже чем через 20 м проложены токоотводы с применением омедненной проволоки D=8 мм, которые соединяются с искусственным заземлителем. Молниеприёмники также соединяются между собой для организации двух токоотводов от каждого молниеприёмника. Крепление токоотводов на крыше осуществляется с помощью зажимов GL-11711 (шаг установки 0,6-1 м). Крепление токоотводов к стене производится с помощьюзажимов GL-11703A (шаг крепления 0.6-1 м). Соединение и разветвление токоотводов производится с использованием зажимов GL-11551А.

Комплекс мероприятий по обеспечению необходимых требований к заземляющему устройству представлен следующими решениями:

Прокладывается горизонтальный контур вокруг здания. Контур выполнен из коррозионностойкой полосы стальной омедненной сечением 4х30 мм (GL-11075), глубина заложения 0,5 м, расстояние до стены здания 1 м.

Соединение горизонтальных электродов между собой осуществляется с помощью зажима ZZ-005-064.

Соединение токоотвода с выводом омедненной полосы из земли осуществляется с помощью контрольного зажима GL-11562A.

В качестве токоотводов рекомендуется использовать проводящие конструкции здания: металлический каркас, арматурную сетку железобетонных конструкций, арматуру стеклопакетов и т.п. с обеспечением электрического контакта по всей высоте здания.

Для расчета приняты следующие исходные данные:

• Плотность разрядов молнии в землю – 4 уд/кв.км в год;
• Число ударов в незащищенный объект – 0,18 1/год, период — раз в 5 лет.

Результаты расчета молниезащиты, проведенного с помощью программного обеспечения, разработанного ОАО «Энергетический институт им. Г.М.Кржижановского» (ОАО «ЭНИН») приведены в таблице:

Объект	Высота искусственных молниеприемников	Надежность защиты	Число ударов в объект, год -1	Число прорывов в объект, год -1
			Период ударов, год	Период прорывов, год
Школа	4 м	0,91	0,2	0,018
			раз в 5 лет	раз в 55 лет

План с установленными элементами молниезащиты и заземления (по щелчку на изображении просмотр в полном размере)

Перечень необходимых материалов приведен в таблице:

Источник

Молниезащита оборудования на плоских кровлях

Климатическое оборудование на плоской кровле

Современные здания, как правило, имеют плоскую крышу. Такое решение не только упрощает обслуживание кровли, но и позволяет размещать на крыше всевозможное оборудование. Это могут быть системы вентиляции, оборудование сотовой связи, «тарелки» спутниковой связи и т. п. Естественно, указанное оборудование нуждается в молниезащите.

В России требования по молниезащите кровли прописаны в ряде нормативных документов. В первую очередь это «Инструкции по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» СО-153.34.21.122-2003. Также существует «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» РД 34.21.122-87, которая более подробно регламентирует молниезащиту. Оба нормативных документа действующие, а проектным организациям разрешено пользоваться на свое усмотрение нормами одного или другого документа, либо их комбинацией.

Нормативный документ РД 34.21.122-87 предписывает защищать по III категории от молнии жилые здания, возвышающиеся над окружающей застройкой не менее, чем на 30 м, либо отдельно стоящие здания высотой не менее 30 м, удаленные от других зданий не менее, чем на 400 м. Эти нормы не соответствуют современным реалиям. Кроме этого, сейчас все большее распространение получает размещение на крышах зон отдыха, кафе и т. п. объектов, где находятся люди. Причем эти объекты используются летом, то есть в сезон наибольшей грозовой активности. Вот почему кровлю, где постоянно находятся люди, необходимо защищать всегда, а не только в случаях, описанных в РД 34.21.122-87. Отраслевой стандарт СО-153.34.21.122-2003 для обычные объектов дает возможность самостоятельно выбрать один из четырех уровней защищенности здания исходя из требуемой надежности молниезащиты.

В России действует ГОСТ Р МЭК 62305, являющийся адаптированным переводом соответствующего международного стандарта. Требования к стержневым молниеотводам, устанавливаемые данным стандартом, входят в противоречие с действующими документами СО-153.34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87. Причина заключается в том, что как в российских, так и в международных нормах не учитывается много важных факторов, например, размеры крыши здания, а также конкретное расположение на ней молниеотвода. По мнению авторитетного эксперта, профессора Эдуарда Базеляна, разработка единой методики расчета молниеотводов, имеющей физическое обоснование, еще ждет своих исследователей.

Применение молниеприёмной сетки на плоской кровле

Наиболее распространенным в нашей стране способом защиты плоской крыши от молнии является молниеприёмная сетка. Шаг сетки должен быть не более 12 м x 12 м и располагаться она должна на негорючих основаниях или внутри таковых. Использование сетки подразумевалось для защиты оборудования, находящегося под негорючей кровлей. Применение молниеприёмной сетки в качестве меры для предотвращения удара молнии в кровлю на которой она расположена является неэффективной мерой. Сетка способна надежно защищать только тот объект, который находится заметно ниже ее самой. Данный факт был многократно подтвержден при помощи численного моделирования Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского.

Очень часто при строительстве многоэтажных зданий, в качестве кровли используются железобетонные плиты. Их покрывают солидным слоем гидроизоляции, в горючести которой можно не сомневаться. Очевидно, что ее тоже нужно защищать от удара молнии. Обеспечить хоть какую-нибудь защиту от молнии оборудования установленного на кровле сама по себе молниеприёмная сетка не в состоянии, т.к. располагается ниже его.

Применение тросовых молниеприёмников

Для использования в качестве молниеприёмника стального троса его необходимо расположить на определенной высоте относительно объектов защиты. Данный метод очень эффективен, но сложен в проектировании и монтаже. Наибольшая его эффективность достигается тогда, когда он располагается вовне защищаемой территории. Чтобы понять его преимущества, приведем такие данные. Для молниеприёмной сетки, уложенной на железобетонную крышу, вероятность прорыва молнии составляет десятые доли единицы, а для замкнутого троса — сотые и даже тысячные доли единицы.

Применение стержневых молниеприёмников

Применение одиночного или двойного стержневого молниеотвода сулит повышенную нагрузку на чувствительное электрическое оборудование внутри здания. При выборе данного способа защиты высота молниеприёмника(ов) надежно защищающих здание от прямых ударов молнии будет существенно превышать объект защиты. Высокий молниеотвод увеличивает частоту попадания в него молнии, а, значит, возрастают опасные электромагнитные наводки на оборудование.

Многоэлектродная молниезащита на плоской кровле

Гораздо более эффективной является так называемая многоэлектродная защита, когда крыша защищается большим количеством стержневых молниеотводов небольшой высоты. Важное преимущество стержневых молниеприёмников – способность защищать не только кровлю, но и оборудование, расположенное на ней. молниеприёмные стержни просты в монтаже и эксплуатации. А в сочетании с молниеприёмной сеткой, данное решение оказывается самым оптимальным, обеспечивая высокую надежность защиты от ударов молнии и равномерное растекание токов молнии, одновременно улучшая электромагнитную обстановку и снижая риск пробоя молнии на защищаемое электрооборудование.

Источник

Молниеприемная сетка на плоской кровле: подробно о правилах и принципах устройства молниезащиты

Защитой дач, гаражей и загородных домов от грозовых разрядов наше государство пока не занимается. О средствах предотвращения возгорания частной собственности от молний хозяин заботится сам. Самостоятельно выбирает тип защитной системы, чаще всего сооружает ее собственными руками.

В обустройстве плоских крыш это дело не слишком заковыристое, хотя и требующее подробных сведений об основных технологических принципах. Домашнему умельцу следует досконально знать, как устроена молниеприемная сетка на плоской кровле, какие правила необходимо соблюдать для безукоризненной работы итога усилий.

Содержание

Предпосылки для сооружения молниезащиты

О реальных фактах разрушения жилых домов и хозяйственных строений в результате поражения молнией мы слышим довольно редко. Правда это не повод расслабляться и пренебрегать мерами защиты от природного негатива.

Каждый удар представляет собой серьезную угрозу для владельцев частной усадьбы и их питомцев, даже если конкретные воздействия поначалу не обнаружены.

От ударов молнии могут пострадать:

• Люди и животные. Разряд, проникающий внутрь постройки по проводам воздушных коммуникаций, может поразить живой организм. Он вызывает искрение в точках соединения и подключения приборов, питающихся электроэнергией. Если у дома нет системы заземления или заземленных металлических трубопроводов, токи могут пройти через тело. Последствия крайне опасны.
• Жилые и хозяйственные постройки. Особенно строения, стены которых выполнены из возгораемого материала — древесины. Для бетонных и кирпичных домов разряды тока молнии также весьма нежелательны. От точки удара до заземленного объекта или земли возникает высокое давление вместе с температурой. Этот участок подвержен внутренним разрушениям. Известны случаи, когда кирпичные и деревянные стены, выдержавшие ранее несколько грозовых дождей, расщеплялись при попадании молнии.
• Частные гаражи и небольшие склады топлива. Разряд молнии сопровождается резким повышением температуры своеобразного разветвленного или линейного канала, по которому происходят токи. Контакт канала с легковоспламеняющимися продуктами однозначно повлечет возгорание и пожар.

Токи молнии не угрожают металлическим проводникам сечением от 35мм². Не страшны они металлоконструкциям, детали которых надежно соединены между собой металлической связью и нижние элементы заземлены.

Например, металлическая обрешетка связана сваркой с арматурой железобетонных стен, а она в свою очередь связана с арматурой фундамента. Элементы кровли принимают разряд, распределяют его и переправляют арматурным пруткам стен. Затем токи передаются арматуре фундамента, который с облегчением отправляет их в землю.

Кроме арматуры фундамента передачу молниевых разрядов земле могут осуществлять проложенные в грунте металлические трубопроводы и кабели в металлических гильзах.

Устройство защиты от молнии

Выяснили, что для защиты строений от ударов молнии, необходимо соорудить систему. Называется она молниеотводом и включает три равных по значению части:

• Молниеприемник – устройство, воспринимающее непосредственно разряд молнии.
• Токоотвод – система металлических линейных деталей, принимающих токи от молниеприемника и передающих их заземлению. Элементами токоотвода могут служить уже упомянутые прутки арматуры, металлические трубы водостока и т.п.
• Заземлитель – линейный или замкнутый металлический контур. Состоит он из забитых в грунт вертикальных штырей, соединенных прутком или полосой. Заглубляется заземлитель минимум на 0,5м. Длину штырей и расстояние между ними определяют расчетными методами.

Молниеотвод постройки любого архитектурного типа обязан включать все три перечисленных части, иначе в устройстве системы не будет малейшего смысла. Различия заключаются в типе составляющих, зависящем от конфигурации крыши и здания.

Например, скатные кровли защищают от молнии посредством установки стержневых приемников. Над вытянутыми домами устраивают молниеотводы с тросовыми приемниками. Применение указанных разновидностей несколько портит архитектурный ансамбль, но в итоге оказывается наиболее экономичным.

Особенности молниеотводов плоских крыш

Защиту от молнии домов и хозяйственных построек с плоской крышей производят по стандартной, проверенной на практике схеме:

• Молниеприемник выполняют в виде сетки из горизонтально уложенной круглой стали Ø 6-8мм. Вместо катанки может использоваться стальная полоса сечением 4×20мм. В качестве ветвей молниеприем
• Токоотводом служат соединенные с заземлением металлические проводники из круглой стали Ø не менее 6мм. подземная часть выполняется из проката Ø 10мм. Элементами отведения токов на плоских крышах могут служить трубы и арматура, если применение ее в качестве токоотвода учитывалось при проектировании строения. Рекомендованное расстояние между токоотводами 25м.
• Система заземления представляет собой замкнутый контур, охватывающий защищаемый объект по периметру. Расстояние между контуром заземления и стеной дома с плоской крышей не более 1м.

Молниеприемником плоской крыши может служить металлическая кровля, соединенная с металлической обрешеткой или напрямую с токоотводами металлической связью. Для подобных схем подходят только металлические кровли, соединенные фальцами. В подобных случаях для устройства защитной сетки нет причин, но это совершенно другая, «покровная» история.

Профилированные листы с защитным покрытием и металлочерепица исключены из числа возможных вариантов из-за отсутствия соединений, достаточных для прохождения токов, а также из-за влияющей на свойства материала полимерной оболочки.

Подробно о сетчатых приемниках разрядов

Устройство сетчатого молниеприемника можно провести в процессе строительства или смонтировать защитную систему после укладки покрытия.

Вариант №1 возможен, если применяется негорючий утеплитель, гидроизоляция и покрытие. Сетка укладывается под водозащитную прослойку. Схема реализации молниеотвода подобного типа разрабатывается на стадии проектирования.

Вариант №2 используется без ограничений. Его устройство практически не влияет на внешний вид дома. Сетка укладывается поверх покрытия, фиксируется в специально для нее разработанных держателях. В случае сооружения молниезащиты мягкой кровли держатели обеспечивают дистанционный зазор в 10-12см между возгораемым материалом и проводником молниеприемника.

Первая схема предопределяет устройство защитной сетки по плитам перекрытия перед укладкой кровли. Для соединения ветвей сетки с арматурой стен или колонн в швы между плитами кровли устанавливаются соединительные приспособления, к которым с одной стороны приваривается сетка, а с другой арматура. В сооружении молниеотводной системы подобного типа используется только сварка.

Вторая схема предполагает установку элементов приемника поверх кровли. Элементарный проект ей тоже нужен, чтобы предусмотреть возможность чистки зимних осадков и беспрепятственного стока дождевой воды. Металлические элементы системы обязательно защищаются от коррозии.

Молниеотводы с сетчатыми приемниками рекомендовано устраивать на крышах с уклоном 4º к внутреннему или наружному водостоку. Нередко сетчатые системы комбинируются со стержневыми собратьями, которые монтируются в углах постройки и в местах пересечения проводников.

Правила сооружения молниеприемной сетки

Сознаемся, что с реализацией первого варианта у большинства домашних мастеров наверняка возникнут проблемы. Ведь надежные сварные соединения обязаны безупречно связать сетку с арматурой стен и фундамента.

К их качеству и своевременности выполнения предъявляются довольно высокие требования. Разберем правила устройства второго варианта молниезащиты на плоской кровле, с осуществлением которого сможем справиться своими руками.

Общие правила монтажа молниеприемной сетки:

• Ветви молниеприемника укладываются перпендикулярно, образуя ячейки с равными сторонами.
• В соответствии с регламентом МЭК (Международной электротехнической комиссии) шаг между ветвями сетки над жилыми домами не должен превышать 12м, над гаражами с хранением топлива до 5м. Отечественные требования несколько мягче: 15м и 7м. Однако желательно придерживаться международных нормативов.
• Все возвышающиеся над уровнем устройства должны быть оборудованы дополнительными стержневыми приемниками. Это трубы и мачты антенн, которые следует присоединить к общей сети.
• В приоритете сварные соединения, но допускаются и болтовые аналоги. Особенно, если для их устройства используются универсальные плашечные зажимы, ощутимо облегчающие монтажные процедуры.
• Ветви сетчатого приемника рекомендовано присоединять к токоотводу с каждой стороны.

Более жесткий регламент МЭК диктует оснащать стержневыми приемниками каждое крестовое соединение сетки. Высоту стержня требует принять 25см. Токоотводы предписывает заземлять двумя заземляющими прутками и устанавливать на них разъемные плашечные контакты для проверочных операций. Сомнений нет, пора привыкать к международным нормам, но в противоречия с ними зачастую вступают наши финансовые возможности.

Отечественные стандарты за номером РД34.21.122-87 не выставляют столь драконовских притязаний, а сооруженные в соответствии с ними системы пока не дают сбоев. Не исключено, что у нас не слишком навороченный молниеотвод работает у нас хорошо по причине умеренной грозовой нагрузки. Жителям южных регионов отечества все же лучше ориентироваться на международные нормативы.

Вспомним, что в ряду покрытий для плоской крыши есть возгораемые и невозгораемые материалы. Классифицируем их согласно горючему признаку и разберем наиболее распространенные схемы.

Молниеприемная сетка по несгораемому основанию

К категории несгораемых оснований относится бетонная стяжка, кровельный оцинкованный профнастил, сэндвич панели и гравийная засыпка, применяемая в качестве балласта в инверсионных кровельных системах.

В зависимости от типа несгораемого основания выбирается схема монтажа молниеприемной сетки:

• По профилированным листам, не имеющим полимерного покрытия, укладка производится поперек направления гофры. Металлический пруток укладывается с запланированным шагом и приваривается к поверхности волны профнастила через каждый метр. Отличной альтернативой сварке являются металлические болтовые держатели, позволяющие провести монтаж сетчатого приемника любой степени сложности.
• По бетонным кровлям согласно проектным данным устанавливаются пластиковые держатели с бетонным заполнением — утяжелителем. Масса заполнения от 12 до 17кг в зависимости от марки продукции. Внушительный вес изделий гарантирует устойчивость системы и сопротивляемость порывистым ветрам. В продаже есть держатели без утяжеляющего заполнения, для установки которых груз из морозостойкого бетона заливается самостоятельно на объекте. Для малоэтажных строений в регионах с низкой ветровой активностью выпускаются держатели с креплением саморезами или приклейкой на битумную мастику.
• По гравийной засыпке балластных крыш устанавливаются держатели с бетонным балластом и без него. При желании зафиксировать держатели на основании они монтируются до засыпки балласта. В таких случаях рекомендовано использовать дистанционные модели с приклеиванием к основанию на мастику.

Максимальный шаг установки держателей не должен превышать 1м для всех перечисленных схем.

Сооружение молниеотвода с сетчатым проводником не рекомендуется устанавливать на металлические кровли, выполненные из материала тоньше 4мм. Прямой удар в покрытие может запросто его прожечь.

Потому кровли из тонкого профлиста принято оснащать сеткой на дистанционных держателях, зона защиты которых все же побольше, чем у контактирующих с кровлей приспособлений.

Сетчатый приемник по сгораемому основанию

К ним отнесем кровельные покрытия слабогорючей категории и материалы, поддерживающие горение, потому что беспрекословно возгораемые материалы в строительстве не используются. В списке опасных по критериям горения покрытий плоских крыш числятся битумные и битумно-полимерные гидроизоляционные материалы и полимерные мембраны – т.е. мягкие кровли.

Для того чтобы исключить прямой контакт приемника молниевого разряда с битумным и полимерным покрытием, применяются так называемые дистанционные держатели. Суть конструкции несложных приспособлений заключается в том, что между поверхностью крыши и веткой сетки создается воздушный промежуток, достаточный для затухания возможной искры.

Согласно предписаниям СО 153 3.2.2.4. расстояние это должно быть не меньше 10см. Требования МЭК указывают на необходимость применять в расчетах изоляционные коэффициенты материалов, указанные литерами km.

Изоляционные промежутки создаются с помощью вертикальных стержней, входящих в комплект дистанционных держателей. Фиксируются они в пластиковой подставке, на которую водружают бетонный утяжелитель. Задачу крепления провода решает втулка, завершающая крепежное устройство.

Алгоритм устройства молниеприемной сетки с дистанционными держателями на мягкой кровле:

• Производим разметку площадки работ согласно разработанному проекту. Держатели устанавливаются через 1м вдоль линий, соответствующих ячейкам сетки. Максимальное расстояние между приспособлениями 1,2м, возможность увеличения оговаривается в инструкции производителем. Проектная разработка должна учитывать, что участки подключения ветвей к токоотводам и токоотводов к заземлению должны быть минимальными. Не забываем, что функцию ветки может выполнить металлический щиток парапета и подобные длинномерные металлические детали.
• Стержни, сделанные из стеклопластика, обрезаем или обрубаем на заранее рассчитанную величину, требующуюся для формирования воздушного изоляционного зазора.
• Согласно разметке производим установку пластиковых подставок, центр которых обязан совпасть с отмеченной точкой. В случае обустройства кровли из полимерной мембраны под каждую подставку укладываем резиновую прокладку, чтобы тяжелые детали не повредили покрытие.
• На подставки укладываем бетонные утяжелители.
• В каналах, расположенных в центре подставок, свободно располагаем обрезанные стержни.
• Верхушки стержней оснащаем крепежными устройствами с втулками, рассчитанными на фиксацию провода Ø до 8мм.
• Прокладываем ветви молниеприемной сетки, элементарно защелкивая их во втулках держателей.

Выступающие над поверхностью трубы и мачты антенн должны иметь электрическую связь с молниеотводом. Их оборудуют стержневыми приемниками или металлическими фартуками и присоединяют к токоотводам плашечными зажимами. Аналогично с токоотводами состыкуются края ветвей, что гораздо удобнее сварки. К тому же неопытный исполнитель с их помощью сможет в высоком темпе создать качественные узлы.

Соединение токоотводов с ветвями сетки

Сборка сетчатого приемника разрядов – только первый этап устройства молниезащиты и полноценной системы заземления. Ее необходимо грамотно подключить к заземляющему контуру так, чтобы принятые токи без препятствий текли в грунт.

Правила прокладки и подключения токоотводов:

• Трассы прохождения токоотводов необходимо запроектировать с учетом кратчайшего расстояния между точками подключения к молниеприемнику и заземлению.
• К возгораемым стенам токоотводы крепятся с помощью дистанционных кронштейнов. Расстояние между стеной и проводником не менее 10см. Допускается контакт металлического кронштейна и материала стены.
• Токоотводы могут фиксироваться на трубах водостока металлическими хомутами.
• Допускается прокладка токоотводов, выполненных из оцинкованной круглой стали, непосредственно по кирпичной или бетонной стене.
• Расстояние между точками крепления горизонтальных участков 1м, вертикальных участков 2м.
• Не допускается прокладка с образованием петель.
• При выборе места для прокладки токоотвода рекомендуется выбрать участки здания с наименьшей вероятностью присутствия людей.

Трассы токоотводов прокладывать принято по углам обустраиваемых домов. Максимальное расстояние между ними 25м. Нижний край каждого токоотвода опускается в грунт, где крепится с помощью болтового устройства к системе заземления. Участки ввода проводника в почву рекомендовано обмотать антикоррозионной лентой.

Видео-инструкция для домашних мастеров

С общим принципом устройства молниеотвода для частного дома ознакомит видео:

Технологию сооружения молниеприемной сетки для системы защиты частного дома можно освоить, не обладая фундаментальными познаниями в сфере электробезопасности. Имеющиеся сейчас в продаже монтажные приспособления помогут провести работы в краткие сроки и без особых хлопот. Главное не забывать о правилах устройства, чтобы система защиты собственности была полноценной.

Источник