Укладачі: д.т.н. Е.М.Базелян - ЕНІН ім. Г. М. Кржижановський, В.І.Поліванов, В.В.Шатров, А.В.Цапенко
1. ВВЕДЕННЯ
Інструкція по влаштуванню блискавкозахисту будівель, споруд і промислових комунікацій (далі - Інструкція) поширюється на всі види будівель, споруд та промислові комунікації незалежно від відомчої належності та форми власності.
Ця Інструкція призначена для використання при розробці проектів, будівництві, експлуатації, а також при реконструкції будівель, споруд і промислових комунікацій.
У разі, коли вимоги галузевих нормативних документів є більш жорсткими, ніж в цієї Інструкції, при розробці блискавкозахисту рекомендується виконувати галузеві вимоги. Так само рекомендується діяти, коли приписи цієї Інструкції не можна поєднати з технологічними особливостями об'єкта, що захищається. При цьому використовуються засоби і методи блискавкозахисту повинні забезпечувати необхідну надійність.
При розробці проектів будівель, споруд і промислових комунікацій крім вимог цієї Інструкції враховуються додаткові вимоги до виконання блискавкозахисту згідно з іншими чинними нормами, правилами, інструкціями, державними стандартами.
При нормуванні блискавкозахисту за вихідне прийнято положення, що будь-яке її пристрій не може запобігти розвитку блискавки.
Застосування нормативу при виборі блискавкозахисту істотно знижує ризик збитку від удару блискавки.
Тип і розміщення пристроїв блискавкозахисту повинні бути обрані на стадії проектування нового об'єкта, щоб мати можливість максимально використовувати провідні елементи останнього. Це полегшить розробку і виконання пристроїв блискавкозахисту, суміщених з самою будівлею, дозволить поліпшити його естетичний вигляд, підвищити ефективність блискавкозахисту, мінімізувати її вартість і трудовитрати.
2. Загальні положення
2.1. терміни та визначення
Удар блискавки в землю - електричний розряд атмосферного походження між грозовою хмарою і землею, що складається з одного або декількох імпульсів струму.
Точка ураження - точка, в якій блискавка стикається з землею, будівлею або пристроєм блискавкозахисту. Удар блискавки може мати декілька точок ураження.
Захищається - будівля або споруда, їх частина або простір, для яких виконана блискавкозахист, що відповідає вимогам цього нормативу.
Улаштування блискавкозахисту - система, що дозволяє захистити будівлю або споруду від впливів блискавки. Вона включає в себе зовнішні та внутрішні пристрої. В окремих випадках блискавкозахист може містити тільки зовнішні або тільки внутрішні пристрої.
Пристрої захисту від прямих ударів блискавки (громовідводи) - комплекс, що складається з молниеприемников, струмовідводів і заземлювачів.
Пристрої захисту від вторинних дій блискавки - пристрої, що обмежують дії електричного і магнітного полів блискавки.
Пристрої для вирівнювання потенціалів - елементи пристроїв захисту, обмежують різницю потенціалів, обумовлену розтікання струму блискавки.
Блискавкоприймач - частина блискавковідводу, призначена для перехоплення блискавок.
Струмовідвід (спуск) - частина блискавковідводу, призначена для відведення струму блискавки від блискавкоприймача до заземлювача.
Заземлюючих пристроїв - сукупність заземлювача і заземлюючих провідників.
Заземлювач - провідна частина або сукупність з'єднаних між собою провідних частин, що знаходяться в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище.
Заземлюючий контур - заземлюючий провідник у вигляді замкнутої петлі навколо будівлі в землі або на її поверхні.
Опір заземлювального пристрою - відношення напруги на заземлювальному пристрої до струму, який стікає із заземлювача в землю.
Напруга на заземлювальному пристрої - напруга, що виникає при стікання струму із заземлювача в землю між точкою введення струму в заземлювач і зоною нульового потенціалу.
Поєднана між собою металева арматура - арматура залізобетонних конструкцій будівлі (споруди), яка забезпечує електричну безперервність.
Небезпечне іскріння - неприпустимий електричний розряд усередині об'єкта, що захищається, викликаний ударом блискавки.
Безпечна відстань - мінімальна відстань між двома провідними елементами поза або всередині об'єкта, що захищається, при якому між ними не може відбутися небезпечного іскріння.
Пристрій захисту від перенапруг - пристрій, призначений для обмеження перенапруг між елементами об'єкта, що захищається (наприклад, розрядник, нелінійний обмежувач перенапруг або інше захисний пристрій).
Окремо стоїть блискавковідвід - блискавковідвід, молніепріемнікі і струмовідводи якого розташовані таким чином, щоб шлях струму блискавки не мав контакту з об'єктом, що захищається.
Блискавковідвід, встановлений на об'єкті, що підлягає - блискавковідвід, молніепріемнікі і струмовідводи якого розташовані таким чином, що частина струму блискавки може розтікатися через об'єкт, що захищається або його заземлитель.
Зона захисту блискавковідводу - простір в околиці громовідводу заданої геометрії, що відрізняється тим, що ймовірність удару блискавки в об'єкт, цілком розміщений в його обсязі, що не перевищує заданої величини.
Допустима імовірність прориву блискавки - гранично допустима ймовірність удару блискавки в об'єкт, що захищається громовідводи.
Надійність захисту визначається як 1 -.
Промислові комунікації - силові та інформаційні кабелі, які проводять трубопроводи, непровідні трубопроводи з внутрішньої провідним середовищем.
2.2. Класифікація будівель і споруд по влаштуванню блискавкозахисту
Класифікація об'єктів визначається за небезпекою ударів блискавки для самого об'єкта і його оточення.
Безпосереднє небезпечний вплив блискавки - це пожежі, механічні пошкодження, травми людей і тварин, а також пошкодження електричного і електронного обладнання. Наслідками удару блискавки можуть бути вибухи і виділення небезпечних продуктів - радіоактивних і отруйних хімічних речовин, а також бактерій і вірусів.
Удари блискавки можуть бути особливо небезпечні для інформаційних систем, систем управління, контролю і електропостачання. Для електронних пристроїв, встановлених в об'єктах різного призначення, потрібна спеціальна захист.
Розглянуті об'єкти можуть поділятися на звичайні та спеціальні.
Звичайні об'єкти - житлові і адміністративні будівлі, а також будівлі і споруди, висотою не більше 60 м, призначені для торгівлі, промислового виробництва, сільського господарства.
об'єкти, що представляють небезпеку для безпосереднього оточення;
інші об'єкти, для яких може передбачатися спеціальна блискавкозахист, наприклад будови висотою понад 60 м, ігрові майданчики, тимчасові споруди, об'єкти, що будуються.
У табл.2.1 наведено приклади поділу об'єктів на чотири класи.
Приклади класифікації об'єктів
Для спеціальних об'єктів мінімально допустимий рівень надійності захисту від ПУМ встановлюється в межах 0,9-0,999 в залежності від ступеня його суспільної значимості і тяжкості очікуваних наслідків від ПУМ.
За бажанням замовника в проект може бути закладений рівень надійності, що перевищує гранично допустимий.
2.3. Параметри струмів блискавки
Параметри струмів блискавки необхідні для розрахунку механічних і термічних впливів, а також для нормування засобів захистів від електромагнітних впливів.
2.3.1. Класифікація впливів струмів блискавки
Для кожного рівня блискавкозахисту визначаються гранично допустимі параметри струму блискавки. Дані, наведені в цій Інструкції, відносяться до тих, що сходять і висхідним блискавок.
Співвідношення полярностей розрядів блискавки залежить від географічного положення місцевості. При відсутності місцевих даних приймають це співвідношення рівним 10% для розрядів з позитивними струмами і 90% для розрядів з негативними струмами.
Механічні та термічні дії блискавки обумовлені піковим значенням струму, повним зарядом, зарядом в імпульсі і питомою енергією. Найбільші значення цих параметрів спостерігаються при позитивних розрядах.
Пошкодження, викликані індукованими перенапруженнями, обумовлені крутизною фронту струму блискавки. Крутизна оцінюється в межах 30% -ного і 90% -ного рівнів від найбільшого значення струму. Найбільше значення цього параметра спостерігається в наступних імпульсах негативних розрядів.
2.3.2. Параметри струмів блискавки, пропоновані для нормування засобів захисту від прямих ударів блискавки
Значення розрахункових параметрів для прийнятих в табл.2.2 рівнів захищеності (при співвідношенні 10% до 90% між частками позитивних і негативних розрядів) наведені в табл.2.3.
Відповідність параметрів струму блискавки і рівнів захисту
2.3.3. Щільність ударів блискавки в землю
Щільність ударів блискавки в землю, виражена через число поразок 1 км земної поверхні за рік, визначається за даними метеорологічних спостережень в місці розташування об'єкта.
Якщо ж щільність ударів блискавки в землю, 1 / (км рік) невідома, її можна розрахувати за наступною формулою:
де - середньорічна тривалість гроз у годинах, визначена за регіональним картками інтенсивності грозової діяльності.
2.3.4. Параметри струмів блискавки, пропоновані для нормування засобів захисту від електромагнітних впливів блискавки
Крім механічних і термічних впливів струм блискавки створює потужні імпульси електромагнітного випромінювання, які можуть бути причиною пошкодження систем, що включають обладнання зв'язку, управління, автоматики, обчислювальні й інформаційні пристрої і т.п. Ці складні і дорогі системи використовуються в багатьох галузях виробництва і бізнесу. Їх пошкодження в результаті удару блискавки вкрай небажано з міркувань безпеки, а також з економічних міркувань.
Удар блискавки може або містити єдиний імпульс струму, або складатися з послідовності імпульсів, розділених проміжками часу, за які протікає слабкий супроводжуючий струм. Параметри імпульсу струму першого компонента істотно відрізняються від характеристик імпульсів наступних компонентів. Нижче наводяться дані, що характеризують розрахункові параметри імпульсів струму першого та наступних імпульсів (табл.2.4 і 2.5), а також тривалого струму (табл.2.6) в паузах між імпульсами для звичайних об'єктів при різних рівнях захисту.
Параметри першого імпульсу струму блискавки
Тривалий імпульс може бути прийнятий прямокутним із середнім струмом і тривалістю, відповідними даними табл.2.6.
3. ЗАХИСТ ВІД ПРЯМИХ УДАРІВ МОЛНИИ
3.1. Комплекс засобів захисту від блискавок
Комплекс засобів захисту від блискавок будівель або споруд включає пристрої захисту від прямих ударів блискавки [зовнішня блискавкозахисна система (МЗС)] і пристрої захисту від вторинних впливів блискавки (внутрішня МЗС). В окремих випадках блискавкозахист може містити тільки зовнішні або тільки внутрішні пристрої. У загальному випадку частина струмів блискавки протікає по елементах внутрішнього блискавкозахисту.
Зовнішня МЗС може бути ізольована від споруди (окремо стоять громовідводи - стрижневі або тросові, а також сусідні споруди, що виконують функції природних блискавковідводів) або може бути встановлена на захищається і навіть бути його частиною.
Внутрішні пристрої блискавкозахисту призначені для обмеження електромагнітних впливів струму блискавки і запобігання щирий всередині об'єкта, що захищається.
Токи блискавки, що потрапляють в молніепріемнікі, відводяться в заземлювач через систему струмовідводів (спусків) і розтікаються в землі.
3.2. Зовнішня блискавкозахисна система
Зовнішня МЗС в загальному випадку складається з молниеприемников, струмовідводів і заземлювачів. Їх матеріал і перетину вибираються по табл.3.1.
Матеріал і мінімальні перерізи елементів зовнішньої БЗС
Примітка. Зазначені значення можуть бути збільшені в залежності від підвищеної корозії або механічних впливів.
3.2.1.1. загальні міркування
Блискавкоприймачі можуть бути спеціально встановленими, в тому числі на об'єкті, або їх функції виконують конструктивні елементи об'єкта, що захищається; в останньому випадку вони називаються природними блискавкоприймачами.
Блискавкоприймачі можуть складатися з довільної комбінації таких елементів: стрижнів, натягнутих проводів (тросів), сітчастих провідників (сіток).
3.2.1.2. природні молніепріемнікі
Наступні конструктивні елементи будівель і споруд можуть розглядатися як природні молніепріемнікі:
а) металеві покрівлі об'єктів, що захищаються за умови, що:
електрична неперервність між різними частинами забезпечена на довгий термін;
товщина металу покрівлі складає не менше, наведеної в табл.3.2, якщо необхідно захистити покрівлю від пошкодження або прожога;
товщина металу покрівлі складає не менше 0,5 мм, якщо її не обов'язково захищати від пошкоджень і немає небезпеки займання знаходяться під покрівлею горючих матеріалів;
покрівля не має ізоляційного покриття. При цьому невеликий шар антикорозійної фарби, або шар 0,5 мм асфальтового покриття, або шар 1 мм пластикового покриття не рахується ізоляцією;
неметалеві покриття на або під металевою покрівлею не виходять за межі об'єкта, що захищається;
б) металеві конструкції даху (ферми, з'єднана сталева арматура);
в) металеві елементи типу водостічних труб, прикрас, огорож по краю даху і т.п. якщо їх розтин не менше значень, запропонованих для звичайних молниеприемников;
г) технологічні металеві труби і резервуари, якщо вони виконані з металу товщиною не менше 2,5 мм і проплавлення або пропал цього металу не приведе до небезпечних або недопустимих наслідків;
д) металеві труби і резервуари, якщо вони виконані з металу товщиною не менше, наведеної в табл.3.2, і якщо підвищення температури з внутрішньої сторони об'єкта в точці удару блискавки не представляє небезпеки.
Товщина покрівлі, труби або корпусу резервуара, виконуючих функції природного блискавкоприймача