Молниезащита зданий и сооружений: устройство и принципы¶

Молниезащита зданий и сооружений — это комплекс технических решений и устройств, обеспечивающих безопасность людей, сохранность зданий, оборудования и имущества от воздействия прямых ударов молнии и вторичных её проявлений (электромагнитной индукции и заноса высокого потенциала). Система молниезащиты также предотвращает искрение и перегрев конструкций, которые могут привести к пожарам и взрывам.

¶Основные элементы системы

Любая система молниезащиты состоит из трёх обязательных частей: молниеприёмника, токоотвода и заземлителя.

Молниеприёмник — устройство, принимающее на себя разряд молнии. В зависимости от типа системы он может быть выполнен в виде стержня, троса или металлической сетки.

Токоотвод — проводник, по которому ток молнии передаётся от молниеприёмника к заземлителю. Он прокладывается по стенам здания кратчайшим путём, без острых углов и петель, чтобы избежать искрения.

Заземлитель — система электродов, заглублённых в грунт, которая обеспечивает растекание тока молнии в земле. От качества заземлителя зависит скорость отвода заряда и безопасность всей системы.

¶Классификация по способу защиты

Выделяют два принципиально разных подхода к молниезащите: внешняя и внутренняя.

¶Внешняя молниезащита

Предназначена для перехвата прямого удара молнии и отвода его тока в землю. По конструкции разделяется на:

• Стержневую — классический молниеотвод (стержень, установленный на крыше или отдельной мачте). Создаёт вокруг себя конус защиты.
• Тросовую — натянутый стальной трос над защищаемым объектом (часто применяется для протяжённых зданий и линий электропередач).
• Сетчатую — металлическая сетка, уложенная на неметаллическую кровлю. Ячейки сетки имеют определённый шаг (обычно 5×5, 10×10 или 20×20 метров в зависимости от класса защиты).

¶Внутренняя молниезащита

Защищает от вторичных проявлений молнии: импульсных перенапряжений, наводимых в электрических сетях, и электромагнитных полей. Основные элементы:

• УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений) — устанавливаются на вводе в здание и в распределительных щитах.
• Система уравнивания потенциалов — соединение всех металлических частей здания и инженерных коммуникаций между собой и с заземлителем.
• Экранирование и правильная прокладка кабельных трасс.

¶Принцип работы

Молниезащита работает по принципу перехвата разряда. Молниеприёмник, возвышающийся над защищаемым объектом, первым принимает на себя удар, так как разряд выбирает путь наименьшего электрического сопротивления. Ток молнии, достигающий силы в десятки и сотни тысяч ампер, по токоотводам уходит в землю, минуя конструкции здания. Время прохождения тока составляет доли секунды, однако выделяемая при этом тепловая энергия огромна, поэтому все элементы системы рассчитываются на термическую и динамическую стойкость.

¶Нормативная база в России

В Российской Федерации проектирование молниезащиты регламентируется:

• Инструкцией СО 153-34.21.122-2003 («Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»);
• ГОСТ Р 58877-2020 (защита от атмосферных перенапряжений);
• ПУЭ (Правила устройства электроустановок) — в части заземляющих устройств.

Согласно инструкции, все объекты делятся на три категории молниезащиты (I, II, III) в зависимости от взрывопожароопасности, назначения и ожидаемого количества поражений молнией в год. От категории зависят требования к конструкции молниеприёмников, шагу сетки и сопротивлению заземлителя.

¶Классы защиты

Международный стандарт IEC 62305 выделяет четыре класса молниезащиты (I–IV) в зависимости от уровня защиты. Для особо ответственных объектов (взрывоопасные производства, хранилища нефтепродуктов) применяется I класс, требующий максимальной надёжности и минимального шага сетки. Для обычных жилых и административных зданий достаточно III или IV класса.

¶Типы молниеприёмников

Современные системы могут использовать:

• Пассивные — классические стержни и сетки, ожидающие прямого удара.
• Активные (ESE) — устройства с ионизатором, которые, по заявлению производителей, увеличивают радиус защиты за счёт преждевременного создания восходящего стримера. Эффективность активных систем является предметом дискуссий, и в российской нормативной базе они не регламентированы как обязательные.

¶Особенности монтажа

При монтаже молниезащиты важно учитывать материал кровли, высоту здания и наличие выступающих частей (антенны, дымовые трубы). Для металлической кровли она сама может служить молниеприёмником при условии достаточной толщины металла. Токоотводы прокладываются по негорючим материалам, а соединения выполняются сваркой или болтовыми зажимами с обязательной защитой от коррозии.

¶Значение

Правильно спроектированная и смонтированная молниезащита исключает человеческие жертвы, предотвращает пожары и выход из строя дорогостоящего электронного оборудования. Особенно критична она для объектов с взрывоопасными зонами, больниц, высотных зданий и сооружений с большим скоплением людей.