- Для чего нужно заземление в молниезащите?
- Нормы для молниеотводов
- Что такое качество заземления?
- Удельное сопротивление почв
- Конфигурация заземлителей
- Как измерить сопротивление?
Проектирование различных зданий и сооружений предусматривает необходимость их молниезащиты с целью обеспечения безопасности людей, самих строений и оборудования от пожаров, взрывов, иного рода разрушений при прямых ударах молнии, а также сопутствующих явлениях. Защитная система в данном случает имеет вид молниеотвода – она перехватывает молнию и перенаправляет полученный разряд в почву для нейтрализации.
Схема молниезащиты достаточно простая и понятная, однако в реализации требует соблюдения ряда нюансов. Одним из них является обеспечение нужного сопротивления заземления, которым во многом определяется эффективность функционирования всего механизма. Какие требования к нему выставляются, как посчитать и померять заземление, в чем смысл данного показателя – разберемся далее.
Для чего нужно заземление в молниезащите?
Чтобы защитить любую конструкцию от молнии, недостаточно просто перехватить последнюю, нужно еще и нейтрализовать. Наличие заземляющих элементов характерно для использования любой электрической техники и электросетей. Так же и здесь: есть разряд, который принимает на себя молниезащита и который нельзя просто «выпустить на свободу», – нужно не дать ему причинить вреда человеку, животным, оборудованию и т. п.
Для этого нам понадобится заземляющее устройство в виде электродов, которые:
- отводят при молниезащите атмосферное электричество в почву;
- обеспечивают безопасное растекание тока по грунту;
- защищают людей и животных от поражения током в случае нарушения изоляции молниезащиты;
- предотвращают искровой пробой в воздухе по конструкциям/элементам объекта, выполненным из металла.
Как видим, функциональность у заземления широкая. Но надлежащим образом сработает она только при правильно рассчитанных параметрах сопротивления. Говоря простыми словами, это способность земли поглощать собой электрический ток, таким образом снижая высокое напряжение, сопротивлением способствуя его обезвреживанию и противодействию растеканию.
Измеряется параметр сопротивления заземлителя в омах (Ом) и, при идеальном раскладе, должен стремиться к нулю. Сложность заключается в том, что сама структура почвы, как правило, не дает добиться такого значения. Будет иметь место определенная погрешность, связанная также с тем, что невозможно угадать силу тока в молнии, какая ударит по молниезащите. Вопрос достаточно сложный в проектировании и реализации, требующий профессионального подхода.
Для каждого здания и сооружения разрабатывается индивидуальный проект молниезащиты с учетом большого количества параметров. Основы для этого установлены инструкцией РД 34.21.122-87. Слишком строгих норм нет, в некоторых отраслях промышленности действуют ведомственные нормы по сопротивлению системы молниезащиты на предприятиях.
Нормы для молниеотводов
Упомянутая инструкция является главным нормативным актом, на который нужно опираться при проектировании молниезащиты и ее монтаже. В нем приведены действующие стандарты (в том числе – для сопротивления), формулы для расчетов, а также пояснения и расшифровки представленных правил. С данным документом необходимо обязательно ознакомиться, чтобы получить полное понимание вопроса про молниезащиту. Мы остановимся только на нескольких основоположных моментах.
Первый – это нормативы сопротивления заземления, показывающие максимально допустимые значения данного показателя с учетом последующего сопротивления почвы. Указываются они в зависимости от категории здания по ПУЭ (правилам устройства электроустановок) и составляют:
- 10 Ом – для 1-й и 2-й категории молниезащиты объектов;
- 20 Ом – 3-й категории;
- 40 Ом – когда электропроводность свыше 500 Ом·м;
- 50 Ом – наружных установок;
- не регулируется молниезащита – для 4-й категории.
При этом нужно понимать, что с увеличением силы тока молнии сопротивление заземления снижается в 2–5 раз. Данный факт также должен приниматься в расчет при проектировании молниезащиты сооружений.
Отдельные рекомендации имеются для обособленно стоящих объектов молниезащиты – не больше 10 Ом, если в период грозы рядом с ними могут находиться люди, и не более 40 Ом, если пребывание людей во время молнии здесь исключено, а сама конструкция молниезащиты удалена от жилых зданий не менее чем на 10 метров.
Для опор воздушных линий электропередач тоже есть собственное правило. У них показатели сопротивления не могут превышать 10–30 Ом в зависимости от характеристик почвы, в которой расположена опора.
Указанные нормы представлены в форме таблицы, по которой просто ориентироваться, обладая минимальными знаниями в этой сфере. Сложные системы молниезащиты требуют тщательного проектирования. Но есть более простой вариант – готовые заземлители с указанным производителем коэффициентом. Вы выбираете тип грунта, умножаете число его удельного сопротивления на указанный коэффициент, получаете итоговую цифру и сверяете ее с необходимой для вашей категории объекта. Если показатели совпали – можно использовать.
Что такое качество заземления?
Второй важный момент, связанный с нашим вопросом, – качество заземления молниеотвода. Оно показывает, насколько эффективно срабатывает система молниезащиты при распределении и погашении отведенного тока. Данный параметр условный и тесно подвязан с итоговым сопротивлением конструкции. Если оно находится в установленных границах, система работает слаженно. Определяется необходимое сопротивление заземления по расчетным формулам, с учетом конфигурации заземляющих устройств и удельного сопротивления грунта, куда оно устанавливается. Естественно, учесть все возможные нюансы не получится, но есть примерные нормы, которые мы берем за стандартные при расчетах с молниезащитой, и способы добиться нужного нам качества.
Удельное сопротивление почв
Точный показатель удельного сопротивления земли определяется на основе геологических изысканий. На него влияет состав, влажность, плотность залегания пластов и другие факторы, а для удобства обустройства молниезащиты принято основываться на справочных показателях для:
- сухого песка – от 1500 до 4200 Ом·м;
- бетона – от 40 до 1000;
- супеси – 150;
- суглинка – 100;
- чернозема – 60;
- глины – от 20 до 60;
- песчаника, увлажненного подземными водами – 10–60;
- садовой почвы – 40;
- илистого грунта – 30;
- солончака – 20.
Обращаем внимание, что эти показатели для молниезащиты усредненные, плюс – они могут снижаться при погружении электродов в почву из-за уплотнения и увлажнения. Таким образом сопротивление заземления практически всегда получается ниже расчетного значения.
Конфигурация заземлителей
Одновременно с параметрами грунта на итоговое качество заземления влияет строение заземляющих устройств. В стандартах упоминается три разновидности конструкции заземлителей:
- стойка опоры с диаметром от 0,25 метров и длиной не менее 5-ти метров;
- два или три стержня, размещенных вертикально, диаметром 10–20 мм и длиной от 3-х метров, соединенных горизонтальной 5-тиметровой полосой на глубине не меньше 0,5 метров.
Наиболее распространенная конфигурация, по которой конструируется заземлитель – на три вертикальных электрода. Расстояние между ними должно быть минимум вдвое превышать глубину погружения под землю. От стен ближайшего строения до заземлителей должно оставаться расстояние не меньше 1-го метра. Этого достаточно для соблюдения нужного контура и обеспечения безопасности строения.
Теперь самое интересное – так как характеристики грунта являются сравнительно постоянными, варьировать устройство молниезащиты мы можем только посредством изменения конфигурации заземляющего элемента. Для этого нам нужно увеличить площадь касания электродов с почвой.
Делаем это двумя способами:
- удлиняем или утолщаем заземлитель;
- создаем контур, объединяя несколько электродов в единую цепь.
Современные технологии позволяют монтировать заземлители молниезащиты на глубину до 30-ти метров по простой системе. За счет этого мы можем сделать более компактным верхнюю часть молниезащиты, разместив ее даже на ограниченном пространстве. Электроды, как правило, подвергаются обработке от коррозии, что значительно продлевает сроки их эксплуатации без потерь в качестве заземления.
Как измерить сопротивление?
Для измерения сопротивления заземления применяются особые измерительные комплексы. Осуществляются замеры в нескольких точках по смонтированному контуру и по определенной схеме. Полученный результат фиксируется документально в протоколах/актах проверок сопротивления заземлителя, соответствующих устройств. Дополнительно ведутся журналы, паспорта заземляющих устройств, что также должны быть в обязательном порядке.
Измерения осуществляются на самих устройствах молниезащиты, защищаемых объектах и по контуру вблизи них. Требуется проверка после первичного монтажа системы и по результатам выполнения любого рода ремонтных работ на ней.
Есть также плановые проверки параметров молниезащиты, которые осуществляются с разной периодичностью для объектов того или иного класса. Для 1-й и 2-й категории – раз за год перед началом грозового сезона, а для 3-й – раз в три года. Все взрывоопасные предприятия и объекты подлежат проверке качества заземления минимально единожды за год.
К проведению проверочных мероприятий важно привлекать специалистов. Они позволят получить максимально точный результат измерений показателей молниезащиты – правильно выбрать точки, использовать надежное оборудование, проверить участок комплексно и гарантировать дальнейшую безопасность эксплуатации системы.