Молниезащита зданий — категории, конструкция, нормы заземления

Молниезащита и заземление зданий: СО 153-34.21.122-2003, ГОСТ Р МЭК 62305-1–4, ПУЭ гл. 1.7. Категории молниезащиты I–III, зоны защиты, конструктивные решения, нормы сопротивления заземляющих устройств.

Нормативная база

Категории молниезащиты по СО 153-34.21.122-2003

Зоны защиты молниеотводов (СО 153-34.21.122-2003, раздел 2)

Расчёт зон защиты молниеотводов ведётся геометрическим методом для одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м:

Стержневой молниеотвод:

• Зона А (надёжность ≥ 0,995): h₀ = 0,85·h; радиус у основания r₀ = 1,2·h; на высоте hx: rx = 1,63·(h − hx/0,85)
• Зона Б (надёжность ≥ 0,95): h₀ = 0,92·h; r₀ = 1,5·h

Тросовый молниеотвод (применяется для длинных зданий — цеха, склады):

• Зона А: h₀ = 0,87·h; r₀ = 2·h₀ от проекции троса на землю
• Высота подвески троса h принимается в середине пролёта с учётом провеса

Конструкция системы молниезащиты (ГОСТ Р МЭК 62305-3)

Система молниезащиты (СМЗ) состоит из трёх основных компонентов:

1. Молниеприёмники: стержневые (прут Ø 10–16 мм, сталь оцинкованная/нержавеющая или медь), тросовые (сталь Ø 7 мм), сетчатые (полоса 40×4 мм или пруток Ø 8 мм), активные (с ионизирующим разрядом — применяются по отдельным техническим условиям)
2. Токоотводы: стальная полоса 40×4 мм или пруток Ø 10 мм; крепление к стене через 1,0–1,5 м; количество: для I категории — по всему периметру здания, для II–III — минимум 2 штуки на здание и не реже чем через 25 м по периметру
3. Заземляющие устройства: вертикальные электроды (уголок 50×50×5 мм или труба Ø 50 мм, длина 3–5 м), горизонтальная полоса-уравнитель 40×4 мм; глубина заложения не менее 0,5 м от поверхности грунта

Минимальные поперечные сечения компонентов СМЗ

Нормы сопротивления заземляющих устройств

Внутренняя молниезащита (ГОСТ Р МЭК 62305-4)

Защита от LEMP (электромагнитных импульсов молнии) строится по принципу зонирования:

• LPZ 0A — зона прямых ударов молнии (кровля, молниеприёмники)
• LPZ 0B — зона вне прямых ударов, но с воздействием полного тока молнии
• LPZ 1 — пространственное экранирование; токи ограничены; вводы в здание
• LPZ 2+ — дополнительное экранирование; внутренние помещения с чувствительным оборудованием

УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений) устанавливаются на границах зон:

• Класс I (на вводе ВРУ/ГРЩ): Iimp ≥ 12,5 кА (10/350 мкс); устанавливается на границе LPZ 0 / LPZ 1
• Класс II (в распределительных щитах): Imax ≥ 5 кА (8/20 мкс); на границе LPZ 1 / LPZ 2
• Класс III (у оборудования): уровень защиты Up ≤ 1,5 кВ; непосредственно перед чувствительными приборами

Эквипотенциальное связывание: все проводящие части здания (металлические трубопроводы, кабельные оплётки, строительные конструкции, кровля) соединяются с главной заземляющей шиной (ГЗШ). Расстояние от токоотвода до проводящих коммуникаций: s ≥ 0,1 м (в бетоне) / 0,2 м (в воздухе).

Контроль и техническое обслуживание

По СО 153-34.21.122-2003 раздел 7 устанавливается следующий порядок эксплуатации молниезащиты:

• Измерение сопротивления заземления: при вводе в эксплуатацию и далее не реже одного раза в год в сухой период (июль–август)
• Визуальный осмотр: перед началом грозового сезона (апрель–май) и после каждой грозы, вызвавшей видимые повреждения конструкций
• Документация: акт приёмки системы молниезащиты; паспорт заземляющего устройства; журнал осмотров и измерений

8 типичных ошибок при проектировании молниезащиты

• Применение СО 153-34.21.122-2003 вместо ГОСТ Р МЭК 62305 для объектов с надёжностью 0,9995+ — разные методы расчёта зон защиты и уровней токов дают несопоставимые результаты.
• Отсутствие УЗИП класса I на вводе — при прямом ударе молнии в ВЛ скачок напряжения (импульс 10/350 мкс) разрушает оборудование даже при наличии УЗИП класса II.
• Токоотводы из алюминия без защитного покрытия в земле — алюминий не применяется в грунте (интенсивная электрохимическая коррозия); только сталь или медь.
• Сопротивление заземления измеряется в мокрый период — показания занижены; нормативное измерение проводится при наименьшей влажности грунта (июль–август).
• Соединение токоотводов с металлической кровлей без термосварки или болтового соединения — контактные соединения скруткой не допускаются; при токах молнии сопротивление скрутки вызывает искрение и пожар.
• Незащита ввода слаботочных систем (интернет, телефон, видеонаблюдение) — УЗИП устанавливается на все вводы в здание; импульс по кабелю уничтожает оборудование без УЗИП.
• Отсутствие эквипотенциального связывания металлических трубопроводов — разность потенциалов вызывает электролитическую коррозию трубопроводов и опасность для людей при касании.
• Проектирование без учёта удельного сопротивления грунта — ρ грунта определяет конструкцию заземлителя: сухой песок ρ 500–1000 Ом·м требует протяжённых горизонтальных электродов или использования специальных электролитических электродов.

Вопросы и ответы

Какое сопротивление заземления должно быть для молниезащиты III категории?

Для молниезащиты III категории нормируемое сопротивление заземляющего устройства — не более 20 Ом. Это требование установлено СО 153-34.21.122-2003 и подтверждается ПУЭ 7-е издание гл. 1.7. Для молниезащиты I и II категорий норма строже — не более 10 Ом. Измерение сопротивления заземления проводится при вводе объекта в эксплуатацию и далее не реже одного раза в год. Важно проводить измерения в сухой период (июль–август) при наименьшей влажности грунта: в мокрый период показания прибора занижаются, что может привести к ложному выводу о соответствии нормам. Измерение выполняется методом амперметра-вольтметра или специализированным прибором (МС-08, Fluke 1625) с выносными токовым и потенциальным электродами на расстоянии не менее 20 м от заземляющего контура.

В чём разница между СО 153-34.21.122-2003 и ГОСТ Р МЭК 62305?

СО 153-34.21.122-2003 — российская инструкция, разработанная на основе отечественных нормативных традиций. Использует систему категорий молниезащиты I, II, III с надёжностью 0,9999 / 0,999 / 0,9 соответственно и зоны защиты А и Б. Расчёт зон защиты ведётся геометрическим методом (конус, трос). Применяется на большинстве российских объектов как основной обязательный документ. ГОСТ Р МЭК 62305 (серия из 4 частей, введена в 2010 г.) — адаптация международного стандарта IEC 62305. Использует уровни защиты от молнии LPL I–IV, зонирование LEMP (LPZ 0A, 0B, 1, 2+), вероятностный метод расчёта рисков. Вводит понятия системы молниезащиты (СМЗ) и внутренней молниезащиты (УЗИП). Применяется для объектов с высокими требованиями к надёжности, а также при проектировании по международным стандартам. На практике оба документа нередко применяются совместно: СО 153 — для внешней молниезащиты, ГОСТ Р МЭК 62305-4 — для защиты от LEMP и выбора УЗИП.

Нужна ли молниезащита для жилого дома высотой до 25 м?

По СО 153-34.21.122-2003 для жилых и общественных зданий высотой до 25 м молниезащита III категории не является обязательной — такие здания попадают в перечень объектов, для которых устройство молниезащиты рекомендуется, но не нормируется. Однако ряд условий делает молниезащиту фактически обязательной или настоятельно рекомендуемой. При наличии газового котла или газопровода ввод газа должен быть защищён от статического электричества и заземлён; молниезащита газопровода регулируется отдельными требованиями. Если в здании расположены серверные, котельные, медицинское оборудование — рекомендуется устройство внутренней молниезащиты (УЗИП на вводе электросети и слаботочных систем) по ГОСТ Р МЭК 62305-4. В частном домостроительстве при расположении здания на возвышенности, в зоне с высокой грозовой активностью (более 40 грозовых часов в год) или вдали от высоких деревьев — установка молниеотвода экономически оправдана даже при отсутствии прямой нормативной обязанности.