5. Блискавкозахист будівельних споруд
Удар блискавки — це електричний розряд атмосферного походження, що розвивається між грозовою хмарою й землею, а також між хмарами, що складається з одного або декількох імпульсів струму.
Для блискавкозахисту становить інтерес тільки лінійна блискавка.
Лінійні блискавки розвиваються між хмарою і землею, а також між окремими хмарами і усередині хмари. Розряд блискавки починається з розвитку лідера - слабко світлого каналу зі струмом у кілька сотень амперів. По напрямку руху лідера - від хмари до наземної споруди або від наземної споруди до хмари - блискавки розділяються на спадні й висхідні.
Спадні блискавки виникають у грозових хмарах і розвиваються в напрямку до землі.
Висхідні лінійні блискавки збуджуються у вершин заземлених споруд і розвиваються у напрямку до хмари.
Блискавки бувають лінійні і шарові, висхідні та спадні, позитивні і негативні.
Прямий удар блискавки (ПУБ) - безпосередній контакт каналу блискавки з об'єктом (будівлею або спорудою), що супроводжується протіканням через нього струму блискавки.
У відповідності з ГОСТ 12.1.004-91 небезпека прямого удару блискавки полягає в контакті горючого середовища з каналом блискавки, температура в якому досягає 30000°С при силі струму 200000 А и часу дії близько 100 мкс.
Виділяють прямий удар блискавки та її вторинну дію. Кожен з цих проявів являє пожежна небезпеку.
бискавкозахист будівель та споруд у загальному випадку виконується за національним стандартом ДСТУ Б В.2.5-38:2008. Інженерне обладнання будинків і споруд. Улаштування блискавкозахисту будівель і споруд (ІЕС 62305:2006 NEC), якщо інше не передбачено відомчими нормативними документами.
Класифікація об'єктів, що захищаються
Блискавкозахист - це комплекс захисних пристроїв, призначених для забезпечення безпеки людей, збереження будинків і споруджень, устаткування й матеріалів від можливих вибухів, руйнувань і пожеж, що виникають від прямого удару блискавки, а в будинках сільськогосподарських підприємств - також для забезпечення безпеки тварин і птахів.
Система блискавкозахисту будівель або споруд включає захист від ПУБ - зовнішня блискавкозахисна система (БЗС) і захист від вторинних дій блискавки - внутрішня БЗС. В окремих випадках блискавкозахист може містити тільки зовнішню БЗС або тільки внутрішню БЗС.
Захист від ПУБ - зовнішня система заходів, які застосовуються для скорочення матеріальних збитків, обумовлених ударами блискавки в будівельні конструкції.
Щодо блискавкозахисту об'єкти поділяються на звичайні та спеціальні.
Звичайні об'єкти:
- промислові підприємства,
- тваринницькі і птахівничі будівлі і споруди,
- житлові і адміністративні будівлі, універмаги, банки, Спеціальні об'єкти: що становлять небезпеку для безпосереднього оточення (нафтопереробні підприємства, заправні станції, підприємства з виробництвом і зберіганням вибухових речовин);
об'єкти, що становлять небезпеку для екології (хімічні заводи, атомні електростанції, біохімічні фабрики і лабораторії);
об'єкти з обмеженою небезпекою (пожежонебезпечні підприємства, електростанції, підстанції і лінії електропередавання, засоби зв'язку);
інші об'єкти ( будови висотою вище 60 м, об'єкти, що будуються).
Рівень блискавкозахисту (РБЗ) - число (І, ІІ, ІІІ, ІV), яке пов'язане із зазделегідь встановленими параметрами струму блискавки та імовірністю того, що ці взаємопов'язані максимальні і мінімальні параметри не будуть перевищувати природних параметрів струмів блискавки.
Надійність захисту від ПУБ (Рз) - визначається, як Рз=1 - РПУБ, де РПУБ - імовірність ПУБ в об'єкт, який захищається блискавковідводами з стрижньовими або тросовими блискавкоприймачами. Надійність захисту від ПУБ (Рз) слід приймати:
0,99 — 0,999 - для об'єктів І РБЗ ;
0,95 — 0,99 - для об'єктів ІІ РБЗ ;
0,9 — 0,95 - для об'єктів ІІІ РБЗ ;
не нижче ніж 0,85 - для об'єктів ІV РБЗ.
Захист від вторинних дій блискавки - внутрішня система заходів, які обмежують дії електромагнітного поля блискавки на металеві елементи будівельних конструкцій, електричні і електронні системи.
Елементи захисту від ПУЕ
Блискавковідвід - пристрій, який сприймає удар блискавки і відводить її струм в землю.
Блискавковідвід забезпечує захист від прямих ударів блискавки (ПУБ). Захисна дія блискавковідводу заснована на властивості блискавки вражати найбільш високі й заземлені металеві спорудження. У загальному випадку блискавковідвід складається з наступних елементів: опора, блискавкоприймач, струмовідвід, заземлювач. У деяких випадках функції опори, блискавкоприймача й струмовідводу поєднуються.
З'єднання в системі блискавкозахисту слід виконувати зварюванням, паянням, допускається також вставка в затисканий наконечник або болтове кріплення.
Зона захисту блискавковідводу - простір, усередині якого будівельна конструкція захищена від ПУБ з надійністю не нижче визначеного значення.
Вид зон захисту залежить від виду блискавко приймача. Розміри зони захисту розраховуються за математичними, формулами, приведеними в ДСТУ (залежать від надійності захисту від ПУБ, висоти блискавкоприймача).
Блискавкоприймач - частина блискавковідводу, призначена для перехоплення блискавок.
Блискавкоприймачі бувають природні та спеціально встановлені.
Природні блискавкоприймачі - конструктивні елементи будівель і споруд:
1) металеві покрівлі об'єктів, що захищаються;
2) металеві конструкції даху (ферми, з'єднана сталева арматура);
3) металеві елементи типу водостічних труб, прикрас, огорож по краю даху тощо;
4) технологічні металеві труби і резервуари, якщо вони виконані з металу товщиною не менше 2,5 мм і проплавлення або пропал цього металу не приведе до небезпечних або недопустимих наслідків;
5) металеві труби і резервуари, якщо вони виконані з металу завтовшки не менше значення 4 мм для заліза, 5 мм для міді, 7 мм для алюмінію, і якщо підвищення температури з внутрішньої сторони об'єкта в точці удару блискавки не являється небезпечним.
Спеціально встановлені блискавкоприймачі:
- стрижньовий (одиничний, подвійний, довільної комбінації),
- тросовий (одиничний, подвійний, замкнений, довільної комбінації),
- захисна сітка.
Стрижньовий блискавкоприймач виконується зі сталі перерізом не менше 50 мм2, або алюмінію перерізом не менше 70 мм2 або міді перерізом не менше 35 мм2. Опори стрижньових блискавковідводів повинні бути розраховані на механічну міцність як конструкції, що стоять вільно. Опори блискавковідводів, що стоять окремо, можуть виконуватися із сталі будь-якої марки, залізобетону або дерева відповідно до проведених розрахунків.
Тросовий блискавкоприймач виконується зі сталевого тросу перерізом не менше 50 мм2 або мідного тросу перерізом не менше 35 мм2 (алюмінієві троси не випускаються). Опори тросових блискавковідводів повинні бути розраховані на механічну міцність з урахуванням натягу троса і дії на нього навантаження вітру та ожеледиці.
Захисна сітка виконується зі сталі перерізом не менше 50 мм2 (що відповідає сталевому колу діаметру 8 мм) або алюмінію перерізом не менше 70 мм2 (що відповідає алюмінієвому колу діаметру 9,5 мм) або міді перерізом не менше 35 мм2 (що відповідає алюмінієвому колу діаметру 6,7 мм). Захисна сітка захищає поверхню якщо:
- крок чарунок сітки для І РБЗ - не менше 5 м, для ІІ та ІІІ РБЗ - не менше 10 м, для ІV РБЗ - не менше 20 м;
провідники сітки проходять по краю даху, який виходить за габаритні розміри будівлі;
провідник сітки проходить по гребеню даху, якщо нахил даху перевищує 1/10;
бокові поверхні споруди на рівнях вище, ніж радіус фіктивної сфери, захищені блискавковідводами або сіткою;
сітка виконана таким методом, щоб струм блискавки мав завжди, принаймні, два різні шляхи до заземлювача; ніякі металеві частини не повинні виступати за зовнішні контури сітки;
провідники сітки повинні бути прокладені, наскільки це можливо, найкоротшими шляхами.
Струмовідвід - частина блискавковідводу, призначена для відведення струму блискавки від блискавкоприймача до заземлювача.
Струмовідводи бувають природні та спеціально передбаченими, ізольованими та неізольованими від об'єкта.
З метою зниження імовірності виникнення небезпечного іскріння струмовідводи необхідно розташовувати таким чином, щоб між точкою ураження і землею струм розтікався декількома паралельними шляхами та довжина цих шляхів була мінімальною.
Природними струмовідвідами вважаються такі конструктивні елементи будівель:
а) металеві конструкції;
б) металевий каркас будівлі або споруди;
в) з'єднана між собою сталева арматура будівлі або споруди;
г) частини фасаду, профільовані елементи і опорні металеві конструкції фасаду.
Спеціально передбачені струмовідводи виконуються зі сталі перерізом не менше 50 мм2 (що відповідає сталевому колу діаметру 8 мм) або алюмінію перерізом не менше 25 мм2 (що відповідає алюмінієвому колу діаметру 5,6 мм) або міді перерізом не менше 16 мм2 (що відповідає мідному колу діаметру 4,5 мм).
Якщо блискавкоприймач стрижневий, встановлений на окремих опорах (або одній опорі), на кожну опору повинен бути передбачений мінімум один струмовідвід.
Якщо блискавкоприймач тросовий, на кожний кінець троса потрібен мінімум один струмовідвід.
Якщо блискавкоприймач є сітчастою конструкцією, підвішеною над об'єктом, що захищається, на кожну її опору потрібно не менше одного струмовідводу. Загальна кількість струмовідводів повинна бути не менше двох.
Струмовідводи слід розташовувати рівномірно по периметру об'єкта, що захищається. По можливості їх прокладають поблизу кутів будівель. Струмовідводи слід розташовувати по периметру об'єкта, що захищається, так, щоб середня відстань між ними була не менше наступних значень: для І РБЗ - не менше 10 м, для ІІ РБЗ - не менше 15 м, для ІІІ РБЗ - не менше 20 м, для ІV РБЗ - не менше 25 м.
Струмовідводи слід з'єднувати горизонтальними поясами поблизу поверхні землі і через кожні 20 м по висоті будівлі.
Заземлювач
Заземлювач - частина блискавковідводу, провідна частина або сукупність з'єднаних між собою провідних частин, які перебувають в електричному контакті з землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище, наприклад, бетон.
Заземлювачі бувають природними та штучними. Штучні заземлювачі застосовуються, якщо неможливе застосування природних заземлювачів. При цьому штучний заземлювач не розраховується, а виконується стандартної конструкції.