Методика расчёта молниезащиты для плоской крыши

Данная статья предназначена для помощи проектировщикам в реализации системы внешней молниезащиты на жилых и промышленных зданиях и сооружениях в соответствии с требованиями ДСТУ Б В.2.5-38: 2008.

Порядок расчёта:
Шаг 1. Перед проектированием системы молниезащиты необходимо определить архитектурные характеристики здания: высота, размеры кровли, а так же наличие выступающих элементов здания и технологического оборудования (кондиционеры, антенны и т. д.) требующие защиту от ПУМ. Далее необходимо определить уровень надежности защиты объекта от прямых ударов молнии (ПУМ), который выбирается исходя из класса объекта (обычный объект, опасный объект и т. д.). Для обычных объектов предлагается четыре уровня надежности указанные в Таблице 1.

Таблица 1. Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов

Уровень молниезащиты	Надежность защиты от ПУМ
I	0,98
II	0,95
III	0,90
IV	0,80

Шаг 2. Определяется тип внешней системы молниезащиты:

• стержневые молниеприемники;
• тросовые молниеприемники;
• молниеприемная сетка;
• комбинация этих систем.

Так же выбирается метод расчета внешней системы молниезащиты:

• метод защитного конуса для стержневых и тросовых молниеприемников (методика расчета зон защиты подробно изложена ДСТУ В.2.5-38)
• метод защитного угла используется для простых по форме сооружений или для маленьких частей больших сооружений;
• метод фиктивной сферы — для сооружений сложной формы;
• применение защитной сетки целесообразно в общем случае и особенно для защиты поверхностей, в том числе и зданий с плоской кровлей.

В зависимости от уровня надежности и типа МЗС определяется параметры для расчета защитных зон (ширина ячейки сетки, угол защиты стержневых молниеприемников) по Таблице 2.

Таблица 2. Параметры для расчета молниеприемников по рекомендациям МЭК

Уровень защиты	Радиус фиктивной сферы R, м	Угол α° при вершине молниеприемника для зданий различной высоты h, м	Шаг ячейки сетки, м
20	30	45	460
I	20	25	*	*	*	5
II	30	35	25	*	*	10
III	45	45	35	25	*	10
IV	60	55	45	35	25	20

* В этих случаях применимы только сетки или фиктивные сферы.

Шаг 3. На чертёже кровли необходимо прорисовать схему размещения молниеотводной сетки с выбранной шириной ячейки. Рассчитывается места размещения и высоты стержневых молниеприемников. Разрабатываются узлы крепления проводников с металлоконструкциями объекта (ограждения, парапеты и т. д.), а так же места их размещения. Выбираются безопасные места размещения токоотводов (на максимально возможных расстояниях от дверей и окон) и расстояние между ними по Таблице 3 в соответствии с выбранным уровнем защиты. Проводники МЗС прокладываются, насколько это возможно, кратчайшими путями. При выборе места размещения токоотводов необходимо учитывать возможные сложности прокладки заземляющего устройства (тротуары, места возможного скопления людей, подземные коммуникации).

Таблица 3. Средние расстояние между токоотводами в зависимости от уровня защиты.

Уровень защиты	Среднее расстояние, м
I	10
II	15
III	20
IV	25

Шаг 4. Выбирается и рассчитывается проводник по кровле. В качестве молниеприемника и токоотвода рекомендуется применять пруток оцинкованный диаметром 8 мм. (50мм²). Считается длина всех проводников на крыше и по фасадам. Прибавляется небольшой запас. В случае применения в МЗС других металлов их сечение выбирается в соответствии с Таблицей 4. При использовании разных металлов необходимо учитывать их совместимость, Таблица 5.

Таблица 4. Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС

Уровень защиты	Материал	Сечение, мм²
молниеприемника	токоотвода	заземлителя
I-IV	сталь	50	50	80
I-IV	алюминий	70	25	не применяется
I-IV	медь	35	16	50

Таблица 5. Совместимость металлов

Материал	Оцинкованная сталь	Алюминий	Медь	Нержавеющая сталь
Оцинкованная сталь	Да	Да	Нет	Да
Алюминий	Да	Да	Нет	Да
Медь	Нет	Нет	Да	Да
Нержавеющая сталь	Да	Да	Да	Да

Шаг 5. Рассчитывается количество креплений проводника к кровле. Расстояние между элементами крепления проводника не более 120 см плюс крайние крепления. Для дополнительной фиксации на битумной кровле рекомендуется применять битумную мастику, если кровля ПВХ подбирается соответствующий монтажный клей.
Шаг 6. Для перпендикулярного, параллельного и «Т» — образного соединения проводников используется зажимы. Расход зажимов рассчитывается по схеме учитывая все соединения токоотводов, отводы и наращивания прутка.
Шаг 7. Металлические элементы кровли (ограждения, парапеты и т. д.) необходимо объединять с системой молниезащиты, для этого про-вести к этому элементу проводник и соединить его зажимом (для металлоконструкций толщиной 0,7-8мм).
Шаг 8. В случае необходимости крепления токоотвода на конструкциях кровли из листовой стали (парапеты, декоративные элементы) можно использовать держатель с кровельным саморезом.
Шаг 9. Для защиты сантехнических и вентиляционных неметаллических труб не-большого диаметра от ПУМ, в качестве молниеприемника можно использовать проводник закрепленный вдоль насадки хомутом.
Шаг 10. В случае необходимости защиты выступающих час-тей здания с помощью стержневых молниеприемников можно использовать телескопические молниеприемники высотой 2,4м – 7,65. К стене молниеприемник фиксируется кронштейнами. Для крепления молниеприемника на плоское основание применяется тренога, которое крепится с помощью анкеров. Токоотводы с молниеприемником соединяются зажимом.
Шаг 11. Для защиты электрооборудования (системы кондиционирования, вентиляции, телевизионные и спутниковые антенны, антенны связи и другие коммуникационные устройства) на кровле применяется отдельно стоящий молниеприемник, например высотой 3000 мм, на бетоном основании. Проводник крепиться к молниеприёмнику с помощью зажима. С целью защиты оборудования от наведенных импульсов молнии молниеприемники и токоотводы располагают безопасном расстоянии, исключающим искрообразование между МСЗ и оборудованием и как следствие заноса высокого потенциала внутрь защищаемого объекта по токоведущим частям. Данное расстояние получило название наименьшего допустимого расстояния (s) и рассчитываться по рекомендациям. [м],

где ki – зависит от выбранного уровня защиты МСЗ (см. Таблицу 6);
kc – зависит от тока молнии, протекающего по заземляющим проводникам (см. Таблицу 7);
km – зависит от электрического сопротивления материала (см. Таблицу 8);
l – длина [м] токоотвода от точки определения наименьшего допустимого расстояния до ближайшей точки уравнивания потенциалов.

Таблица 6. Значения коэффициента ki

Уровень защиты	Ki
I	0,100
II	0,075
III,IV	0,050

Таблица 7. Значения коэффициента kс

Число заземляющих проводников n	Приближенное значение kс	Точное значение Kс
1	1	1
2	0,66	1 … 0,5
4 и более	0,44	1 … 1/n

Таблица 8. Значения коэффициента km

Материал	Km
воздух	1
бетон, кирпич	0,5

В сооружениях с металлическими или электрически непрерывными взаимосвязанными железобетонными металлоконструкциями выполнение изоляционного расстояния не требуется.
Пример.
В здании установлено более 4 токоотводов
Выбранный уровень защиты III
Максимальное расстояние L =20 м.
ki = 0,05 м
km = воздух = 1
Наименьшее допустимое расстояние 0,45 м.

Шаг 12. При наличии водосточного желоба токоотвод крепится к водосточному желобу с помощью зажима.
Шаг 13. Токоотводы по фасаду крепятся держателем с дюбелем, или пластиковым держателем. Минимальное расстояние токоотвода от угла здания 0,2м. Для того чтобы токоотвод был менее заметен и не выделялся на фасаде его можно крепить на водосточной трубе хомутами. Шаг крепления токоотвода не более 120 см.
Шаг 14. Для ввода в землю токоотвода необходимо применить стержень оцинкованный диаметром 10мм (78мм²), так же возможно применения полосы оцинкованной 40х4мм. Соединять токоотвод с заземляющим устройством, с целью дальнейшего отсоединения для периодических замеров заземления, целесообразно с помощью контрольного зажима. Стержень земляного ввода крепится к стене с помощью креплений. Расход 2-3 штуки на ввод.
Шаг 15. Для заземления внешней системы молниезащиты наиболее целесообразно использовать контур по периметру здания уложенный на глубине 0,5-0,7м. и на расстоянии не менее 1 м. выполненный из оцинкованной полосы 40 х 4мм. Токоотводы с полосой и полоса с полосой соединяются зажимом. Для обеспечения наиболее оптимального расположения полосы в грунте «на ребре» возможно применение основание для крепления полосы в траншеях с расстоянием в 2 метра. Так как заземление молниезащиты объединяется с системой уравнивания потенциалов объекта необходимо обеспечивать стабильное сопротивление растекания тока с учетом промерзания и просыхания грунта.
Если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения, в том числе и при сезонных колебаниях рекомендуется в местах соединения токоотводов с полосой дополнительно установить вертикальные электроды глубиной 2,4м. Электрод состоит из двух омедненных стержней диаметром 17,2 мм и длиной 1,2м, соединенный латунной муфтой. Для монтажа используется отбойный молоток, насадка SDSmax и удароприемная головка. Соединение с полосой и токоотводом выполняется T-образным зажимом. Так же этим зажимом можно соединить провод ПВ от ГЗШ. Все болтовые зажимы в грунте гидроизолируются лентой Denso. В случае невозможности по каким-либо причинам применить контур возможно применение только вертикальных электродов от каждого токоотвода.