XIV. Молниезащита. Статическое электричество

1. Молниезащита зданий и сооружений

РД 34.21.122 [38] регламентирует мероприятия по молниезащите, выпол­няемые при строительстве, и не исключает использования дополнительных средств молниезащиты внутри здания и сооружения при проведении реконструкции при установке дополнительного технологического или электрического оборудования.

При разработке проектов зданий и сооружений помимо требований Инст­рукции должны быть учтены требования к выполнению молниезащиты других действующих норм, правил, инструкций, государственных стандартов.

1.1. Классификация защищаемых объектов

Тяжесть последствий удара молнии зависит прежде всего от взрыво-или пожароопасности здания или сооружения при термических воздейст­виях молнии, а также искрениях и перекрытиях, вызванных другими вида­ми воздействия. Учитывая многообразие технологических условий, в РД 34.21.122 принят дифференцированный подход к выполнению молниеза­щиты различных объектов, в связи с чем в табл. 1 РД здания и сооруже­ния разделены на три категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией:

КIкатегории отнесены производственные помещения, в которых в нормаль­ных технологических режимах могут находиться и образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений и жертв не только для данного объекта, но и для близрасположенных.

Во II категорию попадают производственные здания и сооружения, в кото­рых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы. Для этих объектов удар молнии создает опасность взрыва только при совпадении с технологической аварией или срабатыванием дыхательных или аварийных клапанов на наружных установках. Благодаря умерен­ной продолжительности гроз на территории СССР (СНГ) вероятность совпадения этих событий достаточно мала.

КIII категории отнесены объекты, последствия поражения которых связа­ны с меньшим материальным ущербом, чем при взрывоопасной среде. Сюда вхо­дят здания и сооружения с пожароопасными помещениями или строительными конструкциями низкой огнестойкости, причем для них требования к молниеза­щите ужесточаются с увеличением вероятности поражения объекта (ожидаемого количества поражений молнией). Кроме того, к III категории отнесены объекты, поражение которых представляет опасность электрического воздействия на людей и животных: большие общественные здания, животноводческие строения, высо­кие сооружения типа труб, башен, монументов. Наконец, к III категории отнесе­ны мелкие строения в сельской местности, где чаще всего используются сгорае­мые конструкции. Согласно статистическим данным на эти объекты приходится

168

значительная доля пожаров, вызванных грозой. Из-за небольшой стоимости этих строений их молниезащита выполняется упрощенным способом, не требующим значительных материальных затрат (2.30).

1.2. Общие положения по устройству молниезащиты

В соответствии с назначением зданий и сооружений необходимость выполнения молниезащиты и ее категория, а при использовании стержне­вых и тросовых молниеотводов — типы зоны защиты определяются по табл. 1 РД в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз в месте на­хождения здания или сооружения, а также от ожидаемого количества по­ражений его молнией в год. Устройство молниезащиты обязательно при одновременном выполнении условий, записанных в графах 3 и 4 табл. 1 РД.

Оценка среднегодовой продолжительности гроз и ожидаемого ко­личества поражений молнией зданий или сооружений производится со­гласно приложению 2 РД; построение зон защиты различных типов — согласно приложению 3 РД (1.1).

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к

I и II категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации.

Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и зано­са высокого потенциала через наземные (надземные) металлические ком­муникации.

Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко

II категории, должны быть защищены от прямых ударов и вторичных проявлений молнии.

Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты к

III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии.

Внутри зданий большой площади (шириной более 100 м) необхо­димо выполнять мероприятия по выравниванию потенциалов (1.2).

Для зданий и сооружений с помещениями, требующими устройст­ва молниезащиты I и II или I и III категорий, молниезащиту всего здания или сооружения следует выполнять по I категории.

Если площадь помещений I категории молниезащиты составляет менее 30% всех помещений здания (на всех этажах), молниезащиту всего здания допускается выполнять по II категории независимо от категории остальных помещений. При этом на вводе в помещения I категории долж­на быть предусмотрена защита от заноса высокого потенциала по подзем­ным и наземным (надземным) коммуникациям, выполняемая согласно п.п. 2.8 и 2.9 РД (1.3).

Для зданий и сооружений с помещениями, требующими устройст­ва молниезащиты II и III категорий, молниезащиту всего здания или соору­жения следует выполнять по II категории.

169

Если площадь помещений II категории молниезащиты составляет менее 30% всех помещений здания (на всех этажах), молниезащиту всего здания допускается выполнять по III категории. При этом на вводе в поме­щения II категории должна быть предусмотрена защита от заноса высоко­го потенциала по подземным и наземным (надземным) коммуникациям, выполняемая согласно п.п. 2.22 и 2.23 (1.4).

Для зданий и сооружений, не менее 30% общей площади которых приходится на помещения, требующие устройства молниезащиты по I, II или III категории, молниезащита этой части зданий и сооружений должна быть выполнена в соответствии с п. 1.2 РД.

Для зданий и сооружений, более 70% общей площади которых со­ставляют помещения, не подлежащие молниезащите согласно табл. 1, а остальную часть здания составляют помещения I, II или III категории молниезащиты, должна быть предусмотрена только защита от заноса высо­ких потенциалов по коммуникациям, вводимым в помещения, подлежа­щие молниезащите: по I категории — согласно п.п. 2.8, 2.9; по II и III категориям — путем присоединения коммуникаций к заземляющему уст­ройству электроустановок, соответствующему указаниям п. 1.76 или к ар­матуре железобетонного фундамента здания (с учетом требований п. 1.8). Такое же присоединение должно быть предусмотрено для внутренних ком­муникаций (не вводимых извне) (1.5).

В целях защиты зданий и сооружений любой категории от прямых ударов молнии следует максимально использовать в качестве естествен­ных молниеотводов существующие высокие сооружения (дымовые тру­бы, водонапорные башни, прожекторные мачты, воздушные линии элек­тропередачи и т.п.), а также молниеотводы других близкорасположенных сооружений. Если здание или сооружение частично вписывается в зону защиты естественных молниеотводов или соседних объектов, защита от прямых ударов молнии должна предусматриваться только для остальной, незащищенной его части. Если в ходе эксплуатации здания или сооруже­ния реконструкция или демонтаж соседних объектов приведет к увеличе­нию этой незащищенной части, соответствующие изменения защиты от прямых ударов молнии должны быть выполнены до начала ближайшего грозового сезона; если демонтаж или реконструкция соседних объектов проводятся в течение грозового сезона, на это время должны быть преду­смотрены временные мероприятия, обеспечивающие защиту от прямых ударов молнии незащищенной части здания или сооружения (1.6).

В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ (1.7).

Железобетонные фундаменты зданий, сооружений, наружных уста­новок, опор молниеотводов следует, как правило, использовать в качест­ве заземлителей молниезащиты при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения ее к закладным

170

деталям с помощью сварки.

Битумные и битумно-латексные покрытия не являются препятствием для такого использования фундаментов. В средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта менее 3% использо­вать фундаменты в качестве заземлителеи не допускается.

Искусственные заземлители следует располагать под асфальтовым покрытием или в редко посещаемых местах (на газонах, в удалении на 5 м и более от грунтовых проезжих и пешеходных дорог и т.п.) (1.8).

Выравнивание потенциалов внутри зданий и сооружений шириной более 100 м должны происходит за счет непрерывной электрической связи между несущими внутрицеховыми конструкциями и железобетонными фундаментами, если последние могут быть использованы в качестве зазем­лителеи согласно п. 1.8.

В противном случае должна быть обеспечена прокладка внутри зда­ния в земле на глубине не менее 0,5 м протяженных горизонтальных элек­тродов сечением не менее 100 мм². Электроды следует прокладывать не реже чем через 60 м по ширине здания и присоединять по его торцам с двух сторон к наружному контуру заземления (1.9).

На часто посещаемых открытых площадках с повышенной опасностью поражения молнией (вблизи монументов, телебашен и подобных сооружений высотой более 100 м) выравнивание потенциала выполняется присоединени­ем тоководов или арматуры сооружения к его железобетонному фундаменту не реже чем через 25 м по периметру основания сооружения.

При невозможности использования железобетонных фундаментов в качестве заземлителеи под асфальтовым покрытием площадки на глубине не менее 0,5 м через каждые 25 м должны быть проложены радиально расходящиеся горизонтальные электроды сечением не менее 100 мм² и длиной 2-3 м, присоединенные к заземлителям защиты сооружения от прямых ударов молнии (1.10).

При возведении в грозовой период высоких зданий и сооружений на них в ходе строительства, начиная с высоты 20 м, необходимо преду­сматривать следующие временные мероприятия по молниезащите. На верх­ней отметке строящегося объекта должны быть закреплены молниеприем-ники, которые через металлические конструкции или свободно спускаю­щиеся вдоль стен токоотводы следует присоединять к заземлителям, ука­занным в пп. 3.7 и 3.8 РД. В зону защиты типа Б молниеотводов должны входить все наружные площадки, где в ходе строительства могут находиться люди. Соединения элементов молниезащиты могут быть сварными или болтовыми. По мере увеличения высоты строящегося объекта молниепри-емники следует переносить выше.

При возведении высоких металлических сооружений их основания в начале строительства должны быть присоединены к заземлителям, ука­занным в п.п. 3.7 и 3.8 РД (1.11).

Устройства и мероприятия по молниезащите, отвечающие требо-

171

ваниям настоящих норм, должны быть заложены в проект и график строи­тельства или реконструкции здания таким образом, чтобы выполнение молниезащиты происходило одновременно с основными строительно-мон­тажными работами (1.12).

Устройства молниезащиты зданий и сооружений должны быть при­няты и введены в эксплуатацию к началу отделочных работ, а при нали­чии взрывоопасных зон — до начала комплексного опробования техноло­гического оборудования.

При этом оформляется и передается заказчику скорректированная при строительстве и монтаже проектная документация по устройству молниеза­щиты (чертежи и пояснительная записка) и акты приемки устройств мол­ниезащиты, в том числе акты на скрытые работы по присоединению зазем-лителей к токоотводам и токоотводов к молниеприемникам, за исключени­ем случаев использования стального каркаса здания в качестве токоотводов и молниеприемников, а также результаты замеров сопротивлений току про­мышленной частоты заземлителей отдельно стоящих молниеотводов (1.13).

Проверка состояния устройств молниезащиты должна производиться для зданий и сооружений I и II категорий 1 раз в год перед началом грозового сезона, для зданий и сооружений III категории — не реже 1 раза в 3 года.

Проверке подлежат целость и защищенность от коррозии доступных обзору частей молниеприемников и токоотводов и контактов между ними, а также значение сопротивления току промышленной частоты заземлите­лей отдельно стоящих молниеотводов. Это значение не должно превышать результаты соответствующих замеров на стадии приемки более чем в 5 раз (1.13). В противном случае следует проводить ревизию заземлителя (1.14).

2. Электростатическая искробезопасность

2.1. Общие требования электростатической искробезопасности

ГОСТ 12.1.018 [16] устанавливает общие требования электростати­ческой искробезопасности (ЭСИБ) в целях обеспечения пожаровзрывобез-опасности производственных процессов, их компонентов (людей — участ­ников процессов, производственного оборудования), веществ и материа­лов, а также окружающей среды (далее — объектов защиты).

Электростатическая искробезопасность должна обеспечиваться за счет создания условий, предупреждающих возникновение разрядов статического электричества, способных стать источником зажигания объектов защиты (2).

Для оценки электростатической искробезопасности объекта защиты необходимо определить (3):

электростатическую искроопасность объекта защиты;

чувствительность объекта защиты к зажигающему воздействию разрядов статического электричества.

172

Электростатическая искроопасность объекта защиты выражается энергией разряда статического электричества W, который может возник­нуть внутри объекта или с его поверхности (4).

Электростатическую искроопасность объекта защиты определяют следующие показатели (5):

электростатические свойства материалов — удельное объемное электрическое сопротивление, удельное поверхностное электрическое сопротивление, относи­тельная диэлектрическая проницаемость и постоянная времени релаксации элек­трических зарядов;

геометрические параметры — данные о расположении, объемного и поверх­ностного электрического заряда относительно заземленных электропроводных по­верхностей; данные о конфигурации (форма, толщина) покрытий, пленок или непроводящих стенок, являющихся составными частями объекта защиты;

динамические характеристики процессов — скорость относительного пере­мещения находящихся в контакте тел, слоев жидкости или сыпучих материалов; взаимное давление находящихся в контакте тел; интенсивность диспергирования и скорость деформации твердых тел;

параметры, характеризующие окружающую среду, — температура, давление, влажность, содержание аэрозолей или пыли, окислителей, горючих, тушащих или инертных веществ.

Чувствительность объекта защиты к зажигающему воздействию раз­рядов статического электричества определяется минимальной энергией зажигания веществ и материалов W_min (6).

Электростатическая искробезопасность объекта защиты достигается при выполнении соотношения (7):

W < KW_min,

где W — энергия разряда, который может возникнуть внутри объекта или с его поверхности, Дж; К — коэффициент безопасности, выбираемый из условий допустимой (безопасной) по ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.1.010 вероятности зажига­ния или принимаемый равным 0,4; W_min — минимальная энергия зажигания, Дж.

Минимальную энергию зажигания указывают в стандартах и ТУ на вещества и материалы, а также в стандартных справочных данных (9).

Электростатическую искробезопасность объектов защиты следует обеспечивать снижением электростатической искроопасности (п. 5) и их чувствительности (увеличением W^) к зажигающему воздействию разря­дов статического электричества (п. 6) (10).

Снижение электростатической искроопасности объектов следует обес­печивать регламентированием показателей по п. 5 и применением средств защиты от статического электричества в соответствии с ГОСТ 12.4.124 (11).

Снижение чувствительности объектов, окружающей и проникающей в них среды к зажигающему воздействию разрядов статического электричес­тва следует обеспечивать регламентированием параметров производственных процессов (влагосодержания и дисперсности аэровзвесей, давления и темпе­ратуры среды и др.). влияющих на W и флегматизацию горючих сред (12).

173

2.2. Средства защиты от статического электричества

ГОСТ 12.4.124 [37] распространяется на средства защиты работающих от стати­ческого электричества (СЗСЭ) и устанавливает общие технические требования к ним.

2.2.7. Классификация средств защиты

Средства защиты работающих по ГОСТ 12.4.011 делятся на средст­ва коллективной защиты и средства индивидуальной защиты (1.1).

Средства коллективной защиты от статического электричества по принципу действия делятся на следующие виды: заземляющие устройст­ва; нейтрализаторы; увлажняющие устройства; антиэлектростатические ве­щества; экранирующие устройства.

Нейтрализаторы по принципу ионизации делятся на: индукционные; вы­соковольтные; лучевые; аэродинамические (1.2.1).

Увлажняющие устройства по характеру действия делятся на: испаритель­ные; распылительные (1.2.2).

Антиэлектростатические вещества по способу применения делятся на: вво­димые в объем; наносимые на поверхность (1.2.3).

Экранирующие устройства по конструктивному исполнению делятся на: козырьки; перегородки (1.2.4).

Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения де­лятся на: специальную одежду антиэлектростатическую; специальную обувь антиэлектростатическую; предохранительные приспособления антиэлек­тростатические (кольца и браслеты); средства защиты рук антиэлектроста­тические (1.3).

2.2.2. Общие технические требования

Заземляющие устройства. Независимо от применения других СЗСЭ заземление должно применяться на всех электропроводных элементах техно­логического оборудования и других объектов, на которых возможно возник­новение или накопление электростатических зарядов, и соответствовать тре­бованиям ГОСТ 12.2.007.0 и ГОСТ 21130 (2.6.1).

Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначен­ного исключительно для защиты от статического электричества, должна быть не выше 100 Ом (2.6.2).

Заземление трубопроводов и других объектов, расположенных на наружных эстакадах, должно быть выполнено в соответствии с указания­ми по проектированию и устройству молниезащиты зданий (2.6.3).

Заземляющие устройства должны применяться на электризующих­ся движущихся узлах производственного оборудования, изолированных от заземленных частей (2.6.4).

Нейтрализаторы должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1. 006, санитарно-гигиенических норм допустимых уровней ионизации воз­духа в производственных и общественных помещениях, норм радиацион­ной безопасности, основных санитарных правил работы с радиоактивны­ми веществами и другими источниками ионизирующих излучений (2.7.1).

174

Антиэлектростатические вещества должны обеспечивать снижение удельного объемного электрического сопротивления материала до вели­чины 10⁷ Омм, удельного поверхностного электрического сопротивления до величины 10⁹ Ом, метод определения которых указан в ГОСТ 6433.2, ГОСТ 6581(2.8).

Экранирующие устройства должны быть заземлены в соответствии с требованиями ПУЭ (2.9).

Требования к антиэлектростатической специальной одежде. Для из­готовления антиэлектростатической специальной одежды должны при­меняться материалы с удельной поверхностным электрическим сопро­тивлением не более 10⁷ Ом. Метод определения удельного поверхностного электрического сопротивления по ГОСТ 19616 (2.10.1).

Электрическое сопротивление между токопроводящим элементом антиэлектростатической специальной одежды и землей должно быть от 10⁶до 10⁸ Ом (2.10.2).

Антиэлектростатическая специальная обувь. Электрическое сопро­тивление между подпятником и ходовой стороной подошвы обуви долж­но быть от 10⁶ до 10⁸ Ом (2.11.1).

Антиэлектростатические предохранительные приспособления. Анти­электростатические кольца и браслеты должны обеспечивать электриче­ское сопротивление в цепи человек-земля от 10⁶ до 10⁷ Ом (2.12.1).

Заземляющий проводник антиэлектростатического браслета дол­жен обеспечивать свободу перемещения рук (2.12.2).

175