Монтаж заземления: делаем самостоятельно

Нормативы электробезопасности требуют, чтобы в любом доме было установлено защитное заземление и молниезащита. Монтаж заземления в частных домах на порядок проще, чем в многоквартирных. Как грамотно его сделать и провести измерения сопротивления, читайте в статье.

Заземление – это соединение заземлителя и электрической сети, либо молниеприемника, если речь идет о молниезащите в доме. Электроустановки по разным причинам могут выйти из строя. Это могут быть перегрузки в цепи, неисправности самого оборудования. Сами электроустановки защищаются различными аппаратами, а чтобы защитить людей от удара током, применяют заземление и зануление устройств, а также устройства молниезащиты.

Если пробки или автоматы не срабатывают, в электроустановке возникает пробой изоляции и повышенное напряжение на корпусе. Касание прибора способно привести к аритмии, параличу мышц и даже смерти. Поэтому техника безопасности требует, чтобы металлические части электроустановок были закрыты, а при повреждении изоляции от удара током защищало заземление и зануление. Как правила, все электрооборудование в жилом доме имеет напряжение до 1 кВ, поэтому к устройствам заземления для таких устройств имеются свои требования.

Если в корпусе возникает пробой, благодаря заземлению большая часть тока уйдет по заземляющей части. Вместе с проводниками заземлитель образует заземляющее устройство. Есть несколько типов заземления:

• молниезащита, состоящая из молниеприемника, молниеотвода и заземлителя в грунте;
• защитные, препятствующие удару током людей, если из фазного провода идет пробой на корпус электроустановки;
• рабочие, для нормального режима работы электроустановок в нормальных и аварийных условиях.

Также заземлители можно разделить на естественные и искусственные. Естественные – это металлоконструкции здания, трубопроводы. Искусственные – специально монтируемые конструкции (стальные полосы, уголковая сталь и другие).

Зануление делается для того, чтобы пробой изоляции вызывал быстрое срабатывание пробок, перегорание плавких предохранителей. По правилам безопасности, выполняется оно обычно в электроустановках с глухозаземленной нейтралью, если напряжение в нем меньше 1 кВ. При оснащении оборудования до 1 кВ разделяющим трансформатором, в нем вторичное напряжение будет не больше 380 В, а при понижающем трансформаторе – не больше 42 В.

Есть единая классификация систем заземления электроустановок до 1 кВ, принятая почти во всем мире. Согласно ей, в оборудованиях с напряжением до 1 кВ используются три системы заземления: TN, TT, IT.

В системе TN источники бывают с глухозаземленной нейтралью, а части корпуса электроустановок соединены с ней нулевыми защитными проводниками. В сельской местности популярна система ТТ для устройств с напряжением меньше 1 кВ. Заземление в этой системе не связано с источником питания, а делается на вводе в здание. Система IT редко используется в жилых зданиях, при наличии электроустановок до 1 кВ.

По правилам эксплуатации электроустановок, заземление и зануление должно присутствовать в двух случаях:

1. если переменное напряжение больше 42 В, а постоянное – больше 110 В, в наружных и особо опасных электроустройствах;
2. если в любых электроустановках переменное напряжение выше 380 В, постоянное – больше 440 В.

Установка заземления в частных домах регламентируется такими нормативными документами и перед сдачей здания в эксплуатацию понадобиться сделать измерения сопротивления заземляющих устройств :

1. ПУЭ – правила устройства электроустановок;
2. ПТЭЭ – правила технической эксплуатации электроустановок;
3. ПТБЭ – правила техники безопасности.

Если вы приобрели частный дом без электрозащиты, или строите новое здание, нужно сделать монтаж заземляющих устройств для электрооборудования, так и молниезащиту. Контур защитного заземления – это внутренняя и наружная системы. Внутри здания устанавливается распределительный щит, где объединяются две трассы. А внешняя часть системы должна состоять из электродов, вкопанных в грунт и связанных между собой металлическими пластинами. Этот искусственный заземлитель должен быть подведен к основному щиту.

Внутреннее защитное заземление – это отдельные проводники, идущие от мощных энергоустановок. Они соединяются в шину внутри щита. Медный кабель соединяют шину и пластину болтовым соединением.

Сначала надо определиться со схемами заземления. В настоящее время используют два вида схем:

1. линейная, где штыри вкопаны последовательно в одну линию. Схема не особо надежна, так как при выходе из строя одного соединения, вся система перестанет работать;
2. замкнутая, треугольная. Замкнутая схема более надежна, так как при повреждении перемычки между штырями, схема продолжит работать.

Приведем пошаговую инструкцию, как сделать монтаж защитного заземления. Перед монтажом понадобится набор следующих инструментов и оборудования: штыковая лопата, сварочный аппарат, болгарка, перфоратор, гаечные ключи и кувалда. Из материалов надо подготовить:

• медный провод не меньше 6 мм кв. в сечении;
• уголок из нержавеющей стали не менее 2 метров либо прямоугольный профиль с сечением 150 мм кв.;
• нержавеющая полоса от крыльца до системы, 40*4 мм;
• болты М10 или М8;
• три металлические полосы (ширина 4 см, толщина 0,5 см, длина 120 см).

Сразу надо определиться с местом, где будет делаться заземляющий контур. При пробое в электропроводки в месте заземления не должны быть людей или животных. Советуют разместить отвод за домом вдоль забора, но не дальше метра от фундамента.

Порядок действий несложный. Сначала прокапывается треугольник, глубиной в полметра, со сторонами в 1,2 м. от него ведется траншея к крыльцу дома. Электроды забиваются в землю на 2 метра, верхушки оставляются для будущей сварки. Приварить надо пластину в виде треугольного металлического каркаса. Еще одна пластика кладется в ведущую к дому траншею, прихватывается к ближайшей верхушке конструкции одним концом. Далее медный кабель болтом присоединяется к пластине и все засыпается землей.

Этот провод заводится в щит, где подключается к ГЗШ (то есть, заземляющей главной шине). К шине ведется заземляющий проводник от линии электросети, и на шину заземления РЕ. Надо обязательно сделать перемычку между нулевой шиной и ГЗШ. Осталось только к шине РЕ подключить проводники, ведущие на розетки и осветительные приборы.

Молниезащита делается ещё проще. Состоит она из молниеприемника на крыше, токоотвода и заземлителя в грунте. Их по порядку соединяют сваркой или болтами (что менее надежно). Простейший вариант молниезащиты – две заостренных арматуры, ведущие вверх от концов конька крыши на полтора метру. С заземляющим контуром их надо соединить стальной шиной или толстой проволокой. Шина не должна быть шире 6 см. Все детали молниезащиты сварным соединением ведутся к заземлителю. Его лучше выполнить из труб или полос, вкопанных в землю.

После монтажа заземлителя, чтобы проверить его соответствие нормативам, надо провести измерение сопротивления. По правилам, если в здании есть устройства с напряжением до 1 кВ и глухозаземленной нейтралью, сопротивление заземлителя должно быть не больше 2, 4, 8 Ом при напряжениях 660, 380, 220 В (трехфазного тока), либо 380, 220, 127 В (однофазного тока).

Измерение и проверка заземления состоит из трех этапов: визуального осмотра соединений, измерения удельного сопротивления грунта и сопротивления заземляющего контура. Проводится измерение сопротивления с помощью мегомметров. Сначала к двум точкам (объекта и ближайшего заземлителя) подсоединяют контакты прибора и снимают показания. Затем один электрод погружают в грунт, а второй – к заземляющему контуру, чтобы выполнить измерения грунтового сопротивления.

После первого измерения и сдачи дома в эксплуатацию, периодически надо проверять состояние заземляющих устройств. Из-за погодных условий или удара молнии соединения в молниезащите могут выйти из строя. Визуальный осмотр надо делать раз в год, а измерения сопротивления – каждые три года. Также внеочередные измерения сопротивления в молниезащите выполняются после удара молнии.

Как провести данные операции для обеспечения монтажа заземления самостоятельно, узнаете из видео ниже.

СО -2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций

• Модульное заземление [ для монтажа в обычных грунтах ]
• Модульное заземление
  из нержавеющей стали [ для монтажа в агрессивных грунтах ]
• Электролитическое заземление [ для вечномерзлых и каменистых грунтов ]

• Стандартное решение
  [ легкий и быстрый монтаж без спецсредств
  с отличным результатом на десятилетия ]
• С вертикальным электродом
• Для нефтегазовой отрасли
  [ специальное исполнение и комплектация
  для особых условий Крайнего Севера ]

• Грозоизолятор [ полная изоляция от удара молнии ]

• Принцип работы
• Варианты конструкции
  [ конструктивное исполнение для различных объектов ]
• Примеры использования
  [ на промышленных объектах ]
• Надежность и эффективность работы грозоизолятора
  [ статья от профессора Э. М. Базеляна ]
• Вопросы и ответы о современных способах молниезащиты
  [ вопросы с цикла вебинаров с представителями LEC]

Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитная система - МЗС) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС). В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молниезащиты.

Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов) или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.

Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта

Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. В случае специального изготовления их материал и сечения должны удовлетворять требованиям табл. 3.1.

Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Примечание. Указанные значения могут быть увеличены в зависимости от повышенной коррозии или механических воздействий.

3.2.1.1. Общие соображения

Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта; в последнем случае они называются естественными молниеприемниками.

Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники

Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

электрическая непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;

толщина металла кровли составляет не менее величины t. приведенной в табл. 3.2, если необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога

толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм. если ее необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не считается изоляцией;

неметаллические покрытия на или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;

б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т. п. если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не менее значения t. приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих функции естественного молниеприемника

3.2.2.1. Общие соображения

В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей:

а) ток растекался по нескольким параллельным путям;

б) длина этих путей была ограничена до минимума.

3.2.2.2. Расположение токоотводов в устройствах молниезащиты, изолированных от защищаемого объекта

Если молниеприемник состоит из стержней, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждую опору должен быть предусмотрен минимум один токоотвод.

Если молниеприемник состоит из отдельно стоящих горизонтальных проводов (тросов) или из одного провода (троса), на каждый конец троса требуется минимум по одному токоотводу.

Если молниеприемник представляет собой сетчатую конструкцию, подвешенную над защищаемым объектом, на каждую ее опору требуется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов должно быть не менее двух.

3.2.2.3. Расположение токоотводов при неизолированных устройствах молниезащиты

Токоотводы располагаются по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в табл. 3.3.

Токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.

Средние расстояния между токоотводами в зависимости от уровня защищенности

Среднее расстояние, м

3.2.2.4. Указания по размещению токоотводов

Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий.

Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;

если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;

если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.

Не следует прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Рекомендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстояниях от дверей и окон

Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов в виде петель.

3.2.2.5. Естественные элементы токоотводов

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными токоотводами:

а) металлические конструкции при условии, что:

электрическая непрерывность между разными элементами является долговечной и соответствует требованиям п. 3.2.4.2;

они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов. Металлические конструкции могут иметь изоляционное покрытие;

б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм .

Металлическая арматура железобетонных строений считается обеспечивающей электрическую непрерывность, если она удовлетворяет следующим условиям:

примерно 50 % соединений вертикальных и горизонтальных стержней выполнены сваркой или имеют жесткую связь (болтовое крепление, вязка проволокой);

электрическая непрерывность обеспечена между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков, подготовленных на месте.

В прокладке горизонтальных поясов нет необходимости, если металлические каркасы здания или стальная арматура железобетона используются как токоотводы.

3.2.3.1. Общие соображения

Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды

Целесообразно использовать следующие типы заземлителей: один или несколько контуров, вертикальные (или наклонные) электроды, радиально расходящиеся электроды или заземляющий контур, уложенный на дне котлована, заземляющие сетки.

Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения.

Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными; при этом надо стремиться свести к минимуму их взаимное экранирование.

Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются из условия обеспечения минимальной коррозии, а также возможно меньшей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыхания и промерзания грунта.

3.2.3.3. Естественные заземляющие электроды

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная между собой арматура железобетона или иные подземные металлические конструкции, отвечающие требованиям п. 3.2.2.5. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются к местам ее соединений, чтобы исключить механическое разрушение бетона. Если используется преднапряженный бетон, следует учесть возможные последствия протекания тока молнии, который может вызвать недопустимые механические нагрузки.

3.2.4. Крепление и соединения элементов внешней МЗС

Молниеприемники и токоотводы жестко закрепляются, так чтобы исключить любой разрыв или ослабление крепления проводников под действием электродинамических сил или случайных механических воздействий (например, от порыва ветра или падения снежного пласта).

Количество соединений проводника сводится к минимальному. Соединения выполняются сваркой, пайкой, допускается также вставка в зажимной наконечник или болтовое крепление

3.3.1. Общие соображения

Выбор типа и высоты молниеотводов производится исходя из значений требуемой надежности Р_з . Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее Р_з .

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выбирается так, чтобы максимально использовались естественные молниеотводы, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна - в комбинации со специально установленными молниеотводами

В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зонами защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта, возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции

3.3.2. Типовые зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов

3.3.2.1. Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рис. 3.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом конуса на уровне земли r₀ .

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.4) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рис. 3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Для зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.1) радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x определяется по формуле:

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Р_з

3.3.2.2. Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Стандартные зоны защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничены симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте h₀ < h и основанием на уровне земли 2r₀ (рис. 3.2).

Приведенные ниже расчетные формулы (табл. 3.5) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте следует пользоваться специальным программным обеспечением. Здесь и далее под h понимается минимальная высота троса над уровнем земли (с учетом провеса).

Рис. 3.2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода: L - расстояние между точками подвеса тросов

Полуширина r_x зоны защиты требуемой надежности (рис. 3.2) на высоте h_x от поверхности земли определяется выражением:

При необходимости расширить защищаемый объем к торцам зоны защиты собственно тросового молниеотвода могут добавляться зоны защиты несущих опор, которые рассчитываются по формулам одиночных стержневых молниеотводов, представленным в табл. 3.4. В случае больших провесов тросов, например, у воздушных линий электропередачи, рекомендуется рассчитывать обеспечиваемую вероятность прорыва молнии программными методами, поскольку построение зон защиты по минимальной высоте троса в пролете может привести к неоправданным затратам.

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Надежность защиты Р_з

Высота молниеотвода h, м

Высота конуса h₀ . м

3.3.2.3. Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между стержневыми молниеприемниками L не превышает предельной величины L_max . В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного стержневого молниеотвода (высотой h и расстоянием L между молниеотводами) представлена на рис. 3.3. Построение внешних областей зон двойного молниеотвода (полуконусов с габаритами h₀ . r₀ ) производится по формулам табл. 3.4 для одиночных стержневых молниеотводов. Размеры внутренних областей определяются параметрами h₀ и h_c . первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у молниеотводов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между молниеотводами. При расстоянии между молниеотводами L ≤ L_c граница зоны не имеет провеса (h_c = h₀ ). Для расстояний L_c ≤ L ≥ L_max высота h_c определяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния L_max и L_c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.6, пригодным для молниеотводов высотой до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Размеры горизонтальных сечений зоны вычисляются по следующим формулам, общим для всех уровней надежности защиты:

максимальная полуширина зоны r_x в горизонтальном сечении на высоте h_x :

Рис. 3.3. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

длина горизонтального сечения L_x на высоте h_x ≥ h_c :

ширина горизонтального сечения в центре между молниеотводами 2r_cx на высоте h_x ≤ h_c :

Расчет параметров зоны защиты двойного стержневого молниеотвода

3.3.2.4. Зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Молниеотвод считается двойным, когда расстояние между тросами L не превышает предельной величины L_max . В противном случае оба молниеотвода рассматриваются как одиночные.

Конфигурация вертикальных и горизонтальных сечений стандартных зон защиты двойного тросового молниеотвода (высотой h и расстоянием между тросами L ) представлена на рис. 3.4. Построение внешних областей зон (двух односкатных поверхностей с габаритами h₀ . r₀ ) производится по формулам табл. 3.5 для одиночных тросовых молниеотводов.

Рис. 3.4. Зона защиты двойного тросового молниеотвода

Размеры внутренних областей определяются параметрами h₀ и h_c . первый из которых задает максимальную высоту зоны непосредственно у тросов, а второй - минимальную высоту зоны посередине между тросами. При расстоянии между тросами L ≤ h_c граница зоны не имеет провеса (h_c = h₀ ). Для расстояний h_cL ≤ L_max высота h_c определяется по выражению

Входящие в него предельные расстояния L_max и L_c вычисляются по эмпирическим формулам табл. 3.7, пригодным для тросов с высотой подвеса до 150 м. При большей высоте молниеотводов следует пользоваться специальным программным обеспечением.

Длина горизонтального сечения зоны защиты на высоте h_x определяется по формулам:

Для расширения защищаемого объема на зону двойного тросового молниеотвода может быть наложена зона защиты опор, несущих тросы, которая строится как зона двойного стержневого молниеотвода, если расстояние L между опорами меньше L_max . вычисленного по формулам табл. 3.6. В противном случае опоры должны рассматриваться как одиночные стержневые молниеотводы.

Когда тросы непараллельны или разновысоки, либо их высота изменяется по длине пролета, для оценки надежности их защиты следует воспользоваться специальным программным обеспечением. Также рекомендуется поступать при больших провесах тросов в пролете, чтобы избежать излишних запасов по надежности защиты.

Расчет параметров зоны защиты двойного тросового молниеотвода

Надежность защиты Р_з

Высота молниеотвода h, м

3.3.2.5 Зоны защиты замкнутого тросового молниеотвода

Расчетные формулы п. 3.3.2.5 могут использоваться для определения высоты подвеса замкнутого тросового молниеотвода, предназначенного для защиты с требуемой надежностью объектов высотой h₀ < 30 м. размещенных на прямоугольной площадке площадью S₀ во внутреннем объеме зоны при минимальном горизонтальном смещении между молниеотводом и объектом, равном D (рис. 3.5). Под высотой подвеса троса подразумевается минимальное расстояние от троса до поверхности земли с учетом возможных провесов в летний сезон.

Рис. 3.5. Зона защиты замкнутого тросового молниеотвода

Для расчета h используется выражение:

в котором константы А и В определяются в зависимости от уровня надежности защиты по следующим формулам:

а) надежность защиты Р_з = 0,99

б) надежность защиты Р_з = 0,999

Расчетные соотношения справедливы, когда D > 5 м. Работа с меньшими горизонтальными смещениями троса нецелесообразна из-за высокой вероятности обратных перекрытий молнии с троса на защищаемый объект. По экономическим соображениям замкнутые тросовые молниеотводы не рекомендуются, когда требуемая надежность защиты меньше 0,99.

Если высота объекта превышает 30 м. высота замкнутого тросового молниеотвода определяется с помощью программного обеспечения. Также следует поступать для замкнутого контура сложной формы.

После выбора высоты молниеотводов по их зонам защиты рекомендуется проверить фактическую вероятность прорыва компьютерными средствами, а в случае большого запаса по надежности провести корректировку, задавая меньшую высоту молниеотводов.

3.3.3. Определение зон защиты по рекомендациям МЭК

Ниже приводятся правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м. изложенные в стандарте МЭК (IEC 1024-1-1). При проектировании может быть выбран любой способ защиты, однако практика показывает целесообразность использования отдельных методов в следующих случаях:

метод защитного угла используется для простых по форме сооружений или для маленьких частей больших сооружений;

метод фиктивной сферы подходит для сооружений сложной формы;

применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей.

В табл. 3.8 для уровней защиты I - IV приводятся значения углов при вершине зоны защиты, радиусы фиктивной сферы, а также предельно допустимый шаг ячейки сетки.

Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК

Радиус фиктивной сферы R, м

* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.

Стержневые молниеприемники, мачты и тросы размещаются так, чтобы все части сооружения находились в зоне защиты, образованной под углом α к вертикали. Защитный угол выбирается по табл. 3.8, причем h является высотой молниеотвода над поверхностью, которая будет защищена

Метод защитного угла не используется, если h больше, чем радиус фиктивной сферы, определенный в табл. 3.8 для соответствующего уровня защиты.

Метод фиктивной сферы используется, чтобы определить зону защиты для части или областей сооружения, когда согласно табл. 3.4 исключено определение зоны защиты по защитному углу. Объект считается защищенным, если фиктивная сфера, касаясь поверхности молниеотвода и плоскости, на которой тот установлен, не имеет общих точек с защищаемым объектом.

Сетка защищает поверхность, если выполнены следующие условия:

проводники сетки проходят по краю крыши, если крыша выходит за габаритные размеры здания;

проводник сетки проходит по коньку крыши, если наклон крыши превышает 1/10;

боковые поверхности сооружения на уровнях выше, чем радиус фиктивной сферы (см. табл. 3.8), защищены молниеотводами или сеткой

размеры ячейки сетки не больше приведенных в табл. 3.8;

сетка выполнена таким способом, чтобы ток молнии имел всегда, по крайней мере, два различных пути к заземлителю; никакие металлические части не должны выступать за внешние контуры сетки.

Проводники сетки должны быть проложены, насколько это возможно, кратчайшими путями.

3.3.4. Защита электрических металлических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи

3.3.4.1. Защита вновь проектируемых кабельных линий

На вновь проектируемых и реконструируемых кабельных линиях магистральной и внутризоновых сетей 1 связи защитные мероприятия следует предусматривать в обязательном порядке на тех участках, где вероятная плотность повреждений (вероятное число опасных ударов молнии) превышает допустимую, указанную в табл. 3.9.

1 Магистральные сети - сети для передачи информации на большие расстояния; внутризоновые сети - сети для передачи информации между областными и районными центрами.

Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для электрических кабелей связи

Допустимое расчетное число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год n₀

в горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении выше 500 Ом·м и в районахвечной мерзлоты

в остальных районах

Симметричные одночетверочные и однокоаксиальные

3.3.4.2. Защита новых линий, прокладываемых вблизи уже существующих

Если проектируемая кабельная линия прокладывается вблизи существующей кабельной магистрали и известно фактическое число повреждений последней за время эксплуатации сроком не менее 10 лет, то при проектировании защиты кабеля от ударов молнии норма на допустимую плотность повреждений должна учитывать отличие фактической и расчетной повреждаемости существующей кабельной линии.

В этом случае допустимая плотность n₀ повреждений проектируемой кабельной линии находится умножением допустимой плотности из табл. 3.9 на отношение расчетной n_р и фактической n_ф повреждаемостей существующего кабеля от ударов молнии на 100 км трассы в год:

3.3.4.3. Защита существующих кабельных линий

На существующих кабельных линиях защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но принимается не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях предусматривается прокладка грозозащитных тросов в земле. Если повреждается кабельная линия, уже имеющая защиту, то после устранения повреждения производится проверка состояния средств грозозащиты и только после этого принимается решение об оборудовании дополнительной защиты в виде прокладки тросов или замены существующего кабеля на более стойкий к разрядам молнии. Работы по защите должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.

3.3.5. Защита оптических кабельных линий передачи магистральной и внутризоновых сетей связи

3.3.5.1. Допустимое число опасных ударов молнии в оптические линии магистральной и внутризоновых сетей связи

На проектируемых оптических кабельных линиях передачи магистральной и внутризоновых сетей связи защитные мероприятия от повреждений ударами молнии предусматриваются в обязательном порядке на тех участках, где вероятное число опасных ударов молнии (вероятная плотность повреждений) в кабели превышает допустимое число, указанное в табл. 3.10.

Допустимое число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год для оптических кабелей связи

В горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении свыше 500 Ом·м и в районах многолетней мерзлоты

В остальных районах

Кабели магистральной сети связи

Кабели внутризоновой сети связи

3.3.5.2. Рекомендуемые категории молниестойкости оптических кабельных линий

При проектировании оптических кабельных линий передачи предусматривается использование кабелей, имеющих категорию по молниестойкости не ниже приведенных в табл. 3.11, в зависимости от назначения кабелей и условий прокладки. В этом случае при прокладке кабелей на открытой местности защитные меры могут потребоваться крайне редко, только в районах с высоким удельным сопротивлением грунта и повышенной грозовой деятельностью.

Рекомендуемые категории по молниестойкости оптических кабельных линий

Для магистральной сети связи

Для внутризоновых сетей связи

3.3.5.3. Защита существующих оптических кабельных линий

На существующих оптических кабельных линиях передачи защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но должна быть не менее 100 м в каждую сторону от места повреждения. В этих случаях необходимо предусматривать прокладку защитных проводов.

Работы по оборудованию защитных мер должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.

3.3.6. Защита от ударов молнии электрических и оптических кабелей связи, проложенных в населенном пункте

При прокладке кабелей в населенном пункте, кроме случая пересечения и сближения с ВЛ напряжением 110 кВ и выше, защита от ударов молнии не предусматривается.

3.3.7. Защита кабелей, проложенных вдоль опушки леса, вблизи отдельно стоящих деревьев, опор, мачт

Защита кабелей связи, проложенных вдоль опушки леса, а также вблизи объектов высотой более 6 м (отдельно стоящих деревьев, опор линий связи, линий электропередачи, мачт молниеотводов и т. п.) предусматривается, если расстояние между кабелем и объектом (или его подземной частью) менее расстояний, приведенных в табл. 3.12 для различных значений удельного сопротивления земли.

Допустимые расстояния между кабелем и заземляющим контуром (опорой)

Удельное сопротивление грунта, Ом·м

Наименьшее допустимое расстояние, м