Молниезащитные устройства (молниеотводы) состоят из молниеприемников, установленных на опорах или непосредственно на здании, токоотводов и заземлителей.
Молниеприемники
Молниеприемники непосредственно воспринимают прямой удар молнии, По конструкции они могут быть стержневыми (укрепленный на опорах) или тросовыми (подвешиваемыми над защищаемым объектом).
В качестве молниеприемника может быть также использована, сетка, сваренная из стальной проволоки диаметром 6—8 мм, с ячейками 6х6 мм, уложенная на кровлю или под слой негорючего утеплителя.
Стержневые молниеприемники изготавливают из стали любых марок и профилей сечением не менее 100 мм2 (наименьший диаметр 12 мм). Минимальная длина молниеприемника 200 мм. Наиболее рациональная длина — 1—1,5 м. Типовые конструкции молниеприемников изображены на рис. 1.
Рис. 1. Конструкции молниеприемников: а — из круглой стали; б — из стальной проволоки; е — из стальной трубы; г — из полосовой стали; д-из угловой стали
Для защиты от коррозии молниеприемники оцинковывают или окрашивают. Меднение или, тем более, золочение и серебрение острия молниеприемника не требуется.
Тросовые молниеприемники выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм2 (диаметр около 7 мм), натягиваемого над протяженным защищаемым объектом. Соединять молниеприемники с токоотводами нужно сваркой.
Опоры
Опоры отдельно стоящих молниеотводов можно изготавливать из стали, антисептированного дерева и железобетона. Допускается использовать в качестве опор молниеотводов стволы деревьев, растущих на расстоянии 5—10 м от защищаемого объекта (рис. 2).
Рис. 2. Молниезащита здания при помощи молниеотвода установленного на дереве
Для объектов II и III категории молниезащиты при III, IV и V степени огнестойкости деревья, растущие на расстоянии менее 5 м от зданий или сооружений, могут быть использованы в качестве опор молниеотводов, если выполняется одно из следующих условий:
1. по стене защищаемого здания против дерева по всей высоте здания прокладывается токоотвод, нижний конец которого заглубляется в земле и присоединяется к заземлителю;
2. от молниеприемника, установленного на дереве, токоотвод перекидывается на другое дерево, расположенное на расстоянии более 5 м от защищаемого здания. Токоотвод спускается по этому дереву и соединяется с заземлителем.
У деревьев, как оборудованных, так и не оборудованных молниеприемниками, со стороны дома должны быть обрублены ветви на расстоянии не менее 3 м от строения.
Токоотводы
Токоотводы — это проводники, соединяющие стержневые или тросовые молниеприемники или молниеприемную сетку на кровле с заземлителем.
В качестве токоотводов допускается использовать металлические конструкции: колонны, продольную арматуру железобетонных колонн, пожарные лестницы, трубы и т. п.
Токоотводы нужно располагать в отдалении от входов в здания, чтобы люди не могли к ним прикоснуться.
Для защиты от коррозии они должны быть оцинкованы или окрашены. Их рекомендуется прокладывать по защищаемому зданию по кратчайшему пути к заземлителю. Все стыки токоотводов и соединения их с заземлителями должны быть сварными.
Рис. 3. Конструкция разъема между токоотводом и заземлителем: а — токоотвод из полосовой стали; б — токоотвод из круглой стали
Величина импульсного сопротивления заземлителя может быть определена из значения сопротивления для тока промышленной частоты по формуле:
где α — коэффициент импульса, зависящий от величины тока молнии, длины горизонтальных проводников заземлителя и удельного сопротивления грунта; R~ — сопротивление растеканию тока промышленной частоты.
Тип заземлителя выбирается исходя из удельного сопротивления грунта и требуемой величины сопротивления,
Если вблизи защищаемого сооружения (на расстоянии 25 — 35 м) имеется защитное заземление, предназначенное для электротехнических установок, например заземление подстанции, то оно должно быть использовано и для целей молниезащиты зданий. В большинстве случаев сопротивление защитных заземлений меньше, чем требуется для молниезащиты.
Пример. Необходимо выбрать заземляющее устройство для молниеотвода, защищающего жилой дом. Грунт — суглинок нормальной влажности.
По данным удельного сопротивления грунтов находим для суглинка ρ =40— 150 Ом•м. .Принимаем среднее значение 100 Ом•м.
По справочной таблице находим, что защищаемый объект относится к III категории молниезащиты, и следовательно, импульсное сопротивление заземлителя должно быть не более 20 Ом:
Rн < 20 Ом
Подбираем для р=100 Ом•м сопротивление заземлителя, близкое к 20 Ом.
Наиболее близко и удобно с точки зрения монтажа заземляющие устройства по эскизу 2; двухстержневой заземлитель из стержней диаметром 10—16 мм или уголков 40х40х4 мм длиной 2,5 м на расстоянии 3 м друг от друга, соединенных стальной полосой размером 40х4 мм на глубине 0,8 м (сопротивление R(2)~ = 15 - 14 Ом), или по эскизу 7: горизонтальный полосовой заземлитель из полосы 40х4 мм длиной 5—10 м на глубине 0,8 м с подводом в середину (сопротивление R(7)~ =12 — 19 Ом). Для первого варианта необходимо найти импульсный коэффициент по справочным таблицам.
Для ρ = 100 Ом•м α=0,7
Для заземлителя по эскизу 2 : R(2) н= α • R(2)~=10,5 Ом.
Для заземлителя по эскизу 7 импульсный коэффициент не учитываем, поэтому: R(7) н= R(7)~=19 Ом при длине 5 м (или 12 Ом при длине 10 м).
В обоих случаях обеспечивается требуемое нормами сопротивление заземления. Принимаем вариант по эскизу 2 как менее трудоемкий и дающий некоторый запас надежности. Если по местным условиям имеются трудности в забивании уголка или ввертывании круглых стержневых электродов, вполне допустимо выполнить заземление молниеотвода по эскизу 7 (длина полосы 5—10 м).