Молниезащита: устройство, виды, требования и принцип работы

Молниезащита — это инженерная система, призванная существенно снизить риск разрушения или повреждения защищаемого объекта от прямого удара молнии и вторичных проявлений (перенапряжений). Не существует 100% защиты, но наличие статистически сводит риск повреждений практически к 0.
Полноценное устройство молниезащиты зданий и сооружений — это не один элемент, а цепочка: молниеприемник принимает удар, токоотводы проводят ток вдоль конструкции, заземлитель рассеивает его в грунте. Отдельно работает внутренняя защита — гасит перенапряжения, которые возникают в электросети при ударе. 

Дальше на странице разберем, какие типы молниеотводов существуют, как устроена каждая часть системы, как понять, какая молниезащита подойдет конкретному зданию.

Ток молнии достигает сотен тысяч ампер, за доли секунды выделяет столько тепла, что способен прожечь кровельное покрытие, расколоть кирпичную кладку или воспламенить деревянные конструкции. Прямой удар в незащищенное здание — это в первую очередь риск пожара и повреждения несущих элементов, а восстановление обходится дороже, чем сама система защиты.

Опасен не только прямой удар. Разряд поблизости от здания наводит импульсные перенапряжения в кабелях и металлических коммуникациях — от них страдают серверы, вентиляция, охранная и пожарная сигнализация, бытовая техника. Поэтому защита электроустановок, внутренних сетей — обязательная часть комплексной защиты, а не дополнение к системе на кровле здания.

Есть вопрос безопасности людей — растекание тока в грунте вблизи здания создает опасное шаговое напряжение, а занос потенциала по металлическим конструкциям внутрь здания опасен для тех, кто находится рядом с ними в момент удара. Для промышленных объектов, жилых домов и зданий с массовым пребыванием людей молниезащита закреплена нормативами, это не вопрос личного выбора застройщика.

Такая система принимает разряд в пределах расчетной зоны и отводит ток в землю. Для этого используют стержневые и тросовые молниеприемники, молниеприемную сетку или отдельно стоящие конструкции.

Выбор конкретного решения зависит от геометрии объекта и результатов расчета зоны защиты.

В этой системе используется молниеприемник с упреждающей стримерной эмиссией. Такой молниеприемник устанавливают в верхней точке объекта, соединяют с токоотводами и заземлением.

За счет увеличенной расчетной зоны один активный молниеприемник защищает большую площадь, чем несколько пассивных. Это сокращает количество элементов на кровле, упрощает устройство системы на конструкциях сложной формы.

В качестве молниеприемников здесь используются вертикальные металлические стержни. Их устанавливают на кровле, мачтах или других опорных конструкциях.

Каждый стержневой молниеотвод формирует расчетную зону защиты. Высота и расположение молниеприемника определяются так, чтобы защищаемая часть объекта находилась внутри этой зоны.

Металлический трос натягивают между опорами над защищаемым объектом. Он формирует протяженную зону защиты, поэтому такое сооружение подходит для вытянутых зданий и сооружений.

Основу решения составляет сетка из металлического проводника, уложенного на кровле с заданным размером ячеек. Разряд принимается сеткой, после этого передается через токоотводы к заземляющему контуру.

Такое решение часто используют для защиты кровли большой площади. Шаг сетки, а также расположение проводников определяются проектом с учетом уровня защиты здания.

Молниеприемники устанавливают в стороне от здания на собственных мачтах или опорах, не связанных с конструкцией объекта.

Такой подход исключает попадание тока молнии в кровлю, стены и применяется там, где прямой контакт молниеотвода со зданием нежелателен: на объектах с взрывоопасными зонами, ценными фасадами или чувствительным оборудованием внутри. Зоны защиты молниеотводов рассчитывают так, чтобы полностью перекрыть контур здания с запасом.

Это элемент, который принимает удар молнии на себя. В зависимости от типа это может быть стержень, трос или сетка на поверхности кровли, форма и расположение которых определяют зону защиты объекта.

Молниеприемник рассчитывают так, чтобы он перекрывал все уязвимые точки крыши — конёк, парапеты, выступающее оборудование.

Токоотводы соединяют молниеприемник с заземлением, проводят ток удара по кратчайшему безопасному пути вдоль конструкции здания. Их количество и расположение рассчитывают с учетом периметра и высоты объекта, чтобы ток распределялся равномерно, не создавая рисков опасных наводок. Токоотводы прокладывают в стороне от входов, окон, мест, где часто находятся люди.

Эта часть системы принимает ток от токоотводов, рассеивая его в грунте. Без нее система не может безопасно отвести разряд.

Поэтому молниезащита и заземление проектируются совместно. Конструкция заземляющего контура зависит от параметров объекта и свойств грунта.

УЗИП относят к внутренней молниезащите, оно ограничивает скачки напряжения, которые возникают в электросети при ударе молнии, даже непрямом. Их устанавливают в электрощитах на вводе в здание и перед чувствительным оборудованием, разделяя защиту на несколько ступеней по уровню опасности.

Без УЗИП даже исправная внешняя молниезащита не защищает технику от перенапряжений.