Заземление к молниеотводу

Конструкции и заземление молниеотводов — Защита электростанций и подстанций 3-500 кВ от прямых ударов молнии

Молниеотводы состоят из четырех конструктивных элементов: молниеприемника 1, несущей конструкции 2, токоотвода 3 и заземлителя 4 (рис. 36). Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой удар молнии. Поэтому он должен надежно противостоять механическим и тепловым воздействиям тока и высокотемпературного канала молнии. Несущая конструкция несет на себе молниеприемник и токоотвод, объединяет все элементы молниеотвода в единую, жесткую, механически прочную конструкцию. В электроустановках молниеотводы устанавливаются вблизи токоведущих частей, находящихся под рабочим напряжением. Падение молниеотвода на токоведущие элементы электроустановки вызывает тяжелую аварию. Поэтому несущая конструкция молниеотвода должна иметь высокую механическую прочность, которая исключила бы в эксплуатации случаи падения молниеотвода на оборудование электростанций и подстанций.
Токоотвод соединяет молниеприемник с заземлителем и предназначен для пропускания тока молнии от молниеприемника к заземлителю. Поэтому он рассчитывается на тепловые и электродинамические воздействия, связанные с прохождением по нему тока молнии. Заземлитель молниеотвода служит для отвода тока молнии от молниеприемника с токоотводом в землю и снижения потенциала элементов молниеотвода. В электроустановках заземлитель определяет эффективность и надежность защиты, состоящей из молниеотводов. Заземлители молниеотводов работают в различных условиях: в сухом грунте или при постоянном воздействии влаги с растворенными в ней различными солями и кислотами, содержащимися в грунте, которые определяют в основном электропроводность земли. Но эти же растворы создают условия для быстрой коррозии металла. Поэтому при выборе конструкции и материала заземлителя учитываются условия, в которых он должен работать.

Конструкции молниеотводов.

В энергетике получили широкое распространение конструкции молниеотводов с деревянными, железобетонными и металлическими опорами. Стержневые молниеотводы на деревянных опорах применяются в электроустановках средних номинальных напряжений: на подстанциях 35 кВ и в установках защиты вращающихся машин 3—20 кВ. Они выполняются отдельно стоящими с деревянной стойкой опоры 1 и железобетонными приставками 2, высотой до 20—25 м.
На рис. 37 показаны типовые конструкции отдельно стоящих молниеотводов с деревянными опорами, разработанные Сельэнергопроектом [2].
У молниеотводов высотой 12 м и более деревянные стойки опоры составные (рис. 37, узел /). Стойки выполняются из сосны, ели, лиственницы и пихты с минимальным диаметром в верхнем отрубе 120 мм. Для предохранения от загнивания их древесина обрабатывается антисептирующими составами. Лиственница зимней рубки может применяться без обработки.


Рис. 36. Стержневой отдельно стоящий молниеотвод

Рис. 37. Молниеотводы на деревянных опорах с железобетонными приставками (с) и узлы их конструкции (С):
1 деревянные стойки; 2 — железобетонные приставки; 3 — молниеприемники

Молниеприемники 3 изготавливаются из прокатной стали любого профиля сечением не менее 100 мм 2 , при длине (от верхней точки закрепления до его верха) не более 2—2,5 м. Если молниеприемник выполняется из труб, верхний конец его заваривается или закрывается металлической пробкой. Крепление трубчатого молниеприемника к деревянной стойке молниеотвода показано на рис. 38. Молниеприемники для предохранения от коррозии следует оцинковывать или красить.
Токоотводы у молниеотводов с деревянными опорами изготавливаются различного профиля с сечением, рассчитанным для прохождения полного тока молнии. Рекомендуется круглую сталь брать диаметром не менее 6 мм, угловую сталь в виде полосы сечением не менее 48 мм 2 , толщиной 4 мм.
Токоотводы прокладываются по деревянным стойкам опор и прикрепляются к ним посредством скоб.
Соединение отдельных частей токоотвода между собой, с молниеприемником и с заземлителем производится при помощи сварки. Для предохранения от коррозии токоотводы окрашиваются.
Ранее применяемые для молниеотводов на деревянных опорах деревянные приставки, как показал опыт эксплуатации, быстро загнивают, особенно в песчаных и суглинистых грунтах. Поэтому применение железобетонных приставок для молниеотводов с деревянными опорами дает положительный эксплуатационный эффект. В последнее время рекомендуется молниеотводы с деревянными опорами устанавливать на железобетонных приставках. Указанные молниеотводы высотой до 12 м устанавливаются с одной железобетонной приставкой, молниеотводы высотой 12 м и более — с двумя железобетонными приставками.


Рис. 38. Крепление молниеприемника к деревянной стойке опоры молниеотвода:
1 — молниеприемник — труба диаметром 3/4″; 2 — скоба; 3 — токоотвод из круглой стали; 4 — держатель молниеприемника; 5 —шайба для держателя молниеприемника

Для молниеотводов с деревянными опорами, применяемых в энергетике, используются железобетонные приставки деревянных опор линий электропередачи 6—35 кВ или изготавливаются из бетона марки 200 и выше со стальной арматурой марки СтЗ, Ст5. Поперечное сечение железобетонных приставок может быть прямоугольным, трапецеидальным, двутавровым, круглым или многогранным.
Сочленение деревянных стоек опор с железобетонными приставками осуществляется при двух приставках посредством скоб с болтами, а при одной приставке — проволочными бандажами со скруткой. Закрепляются молниеотводы в земле с углублением до 2,5 м.
Заземлители молниеотводов на деревянных опорах, как правило, выполняются из стали.
Минимальные размеры элементов заземляющих устройств нормируются [3]. Круглые стальные прутки, укладываемые в земле, должны иметь диаметр не менее 6 мм, прямоугольные полосы — сечение не менее 48 мм 2 , толщину не менее 4 мм, угловая сталь — сечение не менее 48 мм 2 , толщину полосы не менее 4 мм, стальные газовые трубы — толщину стенок не менее 3,5 мм. Наибольшее распространение при выполнении заземляющих устройств получили полосовая сталь шириной 20—40 мм и толщиной 4 мм, угловая сталь Ст5 и Стб и трубы стальные диаметром 50—80 мм.


Рис. 39. Конструкции молниеотводов на сборных железобетонных опорах высотой 14—22 м

Стержневые молниеотводы на железобетонных опорах имеют железобетонную несущую конструкцию с металлическим молниеприемпиком.
Ранее применялись молниеотводы высотой до 16 м на опорах из сборного железобетона (рис. 39), стойки которых представляли собой в сечении шестигранник длиной 12 м. На вершине стойки опоры к стальной арматуре приваривались металлические плиты, на которых с помощью сварки укреплялись молниеприемники из стальных труб различного диаметра по высоте. Молниеприемники оцинковывались или окрашивались.
Опоры молниеотводов высотой 18 м и более выполнялись из тех же 12-метровых стоек, соединенных с железобетонными приставками длиной 7,5 м. В месте соприкосновения стоек опор с приставками к их арматуре приваривались металлические плиты. Сваркой этих плит и осуществлялось скрепление стоек с приставками. Сквозной болт через приставки и стойку, показанный на рис. 39, является монтажным приспособлением и служит шарниром при подъеме стойки опоры на установленных в землю приставках.
В настоящее время в качестве несущих конструкций молниеотводов на железобетонных опорах применяются унифицированные железобетонные изделия, предназначенные для опор высоковольтных линий электропередачи и контактной сети электрифицированного транспорта (рис. 40).


Рис. 40. Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных опорах:
а—из вибрированного бетона; б — м центрифугированного бетона

Рис. 41. Стержневые молниеотводы на железобетонных опорах:
а — молниеотвод без прожекторной площадки: 1 — железобетонная стойка (несущая конструкция); 2 — железобетонный подпятник; 3 — металлический оголовок; 4— крепежный элемент; 5 — металлическая стойка; 6 — молниеприемник;
б — молниеотвод с прожекторной площадкой: 1 — железобетонная стойка (несущая конструкция); 2 — железобетонный подпятник; 3 — металлический оголовок; 4— крепежный элемент; 6 — металлическая стойка; 7 — молниеприемник;
7 — прожекторная площадка; в — ограждение; 9 — лестница; 10 — крепление лестницы

При этом применяется вибрированный и центрифугированный бетон марки не ниже 300 с арматурой из стали марок СтЗ и Ст5. Для облегчения стойки опоры выполняются полыми. Вся арматура внутри стоек и приставок соединяется между собой сваркой и служит токоотводом. На расстоянии 2,5—3 м от нижнего конца стойки или приставки из их конструкции делается металлический вывод, приваренный к металлической арматуре. Он служит для присоединения металлической арматуры несущей конструкции к заземлителю. Заземлители железобетонных стержневых молниеотводов выполняются из тех же материалов, которые применяются в заземлителях для деревянных молниеотводов.
Для защиты от прямых ударов молнии электростанций и подстанций в 1976 г. Северо-Западным отделением Энергосетьпроекта разработаны новейшие серии стержневых молниеотводов на железобетонных и металлических опорах высотой до 40 м. Так как на электростанциях и подстанциях в ОРУ требуется хорошее освещение установленного оборудования, для чего устанавливаются осветительные прожектора на высоте 10—15 м, то в конструкциях стержневых молниеотводов предусмотрены площадки для установки прожекторов. На рис. 41, а показаны стержневые молниеотводы на железобетонных опорах без прожекторной площадки, а на рис. 41,6 — молниеотводы с прожекторной площадкой.
У молниеотводов с железобетонными опорами, предназначенных для защиты ОРУ, несущей конструкцией является железобетонная стойка /.
Для снижения массы она выполняется полой. Форма стойки конусообразная. Диаметр нижнего обреза составляет 700—800 мм, а верхнего — 500 мм. Стальная арматура стойки сваривается и служит токоотводом. На верхний торец стойки надевается металлический оголовок 3, на котором крепежным элементом 4 укрепляется металлическая стойка 5. Металлическая стойка представляет собой решетчатую конструкцию, сваренную из стальных уголков размерами от 36X4 до 50X5 мм. Молниеприемник 6 общей длиной 5,71 м выполнен из круглой стали, диаметр которой в верхней части молниеприемника равен 26 мм. Молниеприемник на длине 0,71 м закреплен в металлической стойке. На длине 2 м вверх от опоры к стержню молниеприемника под углом 120° по окружности приварены ребрами металлические полоски размером 50×6 мм, которые придают жесткость молниеприемнику.
В грунте молниеотвод устанавливается на железобетонном подпятнике 2 и закрепляется на глубине 3,3 м. На высоте 0,2 м от земли из конструкции стойки выводится закладная металлическая деталь, соединенная сваркой с металлической арматурой стойки, которая служит для присоединения молниеотвода к заземлителю.
На рис. 41,6 представлен молниеотвод на железобетонной опоре с площадкой для установки прожекторов.
Железобетонная стойка /, металлическая стойка 5 и молниеприемник 6 выполнены так же, как и у молниеотводов без прожекторной площадки (рис. 41,а), но добавляется прожекторная площадка 7 с ограждением 8 и лестницей 9 для подъема на эту площадку. Прожекторная площадка выполняется из стальных прутков диаметром 12 мм, приваренных к корытному прокату. Лестница сваривается из угловой стали размером 40X4 и 50X4 мм со ступенями из круглой стали диаметром 16 мм. Ограждение площадки состоит из стальных углов 50X4 и круглых прутков диаметром 20 мм.
Молниеотводы на железобетонных опорах закрепляются погружением в грунт на глубину до 3,5 м.
Наибольшее распространение на электростанциях и подстанциях получили молниеотводы на металлических опорах. Для изготовления таких молниеотводов применяется прокатная сталь, в основном угловая. Вся конструкция молниеотвода для защиты от коррозии покрывается антикоррозионным лаком № 177 в два слоя с добавлением в верхний слой лака около 20 % алюминиевой пудры.
Стержневые молниеотводы с металлическими опорами на электростанциях и подстанциях устанавливаются отдельно стоящими с обособленным заземлением или на конструкциях ОРУ. Как показал опыт эксплуатации, установка стержневых молниеотводов на крышах зданий электростанций и подстанций нецелесообразна. Молниеотводы, установленные на крышах зданий, затруднительно эксплуатировать: затруднен их ремонт, покраска и т. д. Кроме того, крепление молниеотводов к конструкциям кровли приводит к быстрому износу кровли. Поэтому установка молниеотводов на крышах зданий электростанций не рекомендуется.

Смотрите так же:  Как правильно соединить провода в выключателе

Рис. 42. Стержневые молниеотводы на металлических опорах Тяжпром-электропроекта:
1 — тросовый молниеотвод (несущая конструкция); б — стержневой молниеотвод (несущая конструкция)

На рис. 42 представлены металлические несущие конструкции молниеотводов, разработанные институтом «Тяжпромэлектропроект», которые состоят из отдельных пятиметровых секций. Минимальная высота молниеотвода составляет 10 м (две секции), максимальная высота (включая молниеприемник) — 50 м.
Однако на электростанциях и подстанциях весьма часто стержневые молниеотводы используются для установки прожекторов на освещающихся ОРУ. Поэтому для защиты от прямых ударов молнии электростанций и подстанций Северо-Западное отделение Энергосетьпроекта разработало новейшую серию стержневых молниеотводов на металлических опорах как с прожекторной площадкой, так и без площадки.
На рис. 43 показаны конструкции стержневых молниеотводов на металлических опорах без прожекторной площадки (рис. 43, а) и с прожекторной площадкой (рис. 43, б). Несущая конструкция молниеотвода / без прожекторной площадки выполняется из угловой стали размерами от 50X4 до 80×6 мм. Тросостойка 2 изготовляется из угловой стали размерами от 36×4 до 50X5. Молниеприемник 3 высотой 5 м представляет собой стальной стержень диаметром 24 мм. В нижней части на длине 2 м он усилен ребрами жесткости из полосовой стали 50×4, приваренной ребрами к стержню, по окружности через 120°. Несущая конструкция молниеотвода с прожекторной площадкой изготавливается из угловой стали размерами от 65X5 до 110X8 мм. Тросостойка 2 — из угловой стали размерами от 36X4 до 50×5 мм. Молниеприемник 3 высотой 5 м изготавливается так же, как и для стержневых молниеотводов с металлическими опорами без прожекторной площадки (рис. 43,а). Прожекторная площадка 4 выполняется из стальных прутков диаметром 12 мм. Ограждение 5 площадки состоит из стальных уголков размером 50X4 и круглых стержней диаметром 20 мм. Лестница 6 сваривается из угловой стали размером 40X4 и 50X4, а ее ступени из круглой стали диаметром 16 мм.
Отдельно стоящие стержневые молниеотводы с металлическими опорами устанавливаются на железобетонных фундаментах. Токоотводамп для таких молниеотводов служат несущие конструкции.
На металлических и железобетонных конструкциях ОРУ, как правило, устанавливаются молниеотводы с металлическими несущими частями. Конструкция их крепления определяется особенностями той конструкции ОРУ, к которой крепится стержневой молниеотвод. Обычно конструкция молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, представляет собой стальную трубу, нередко состоящую из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решетчатую конструкцию из угловой стали.


Рис. 43. Стержневые молниеотводы на металлических опорах для защиты электростанций и подстанций:
а — молниеотвод без прожекторной площадки: 1 — стальная несущая конструкция; 2 — тросостойка; 3 — молниеприемник; 4 — крепежный элемент; б — молниеотвод с прожекторной площадкой: 1 — стальная несущая конструкция; 2 — тросостойка; 3 — молниеприемник; 4 — прожекторная площадка; 5 — ограждение площадки; 6 — крепежный элемент лестницы

Крепление стержневых молниеотводов к конструкциям ОРУ осуществляется хомутами и крепежными танками посредством болтов, но иногда используется сварка.

Рис. 44. Конструкция сетчатого молниеприемника (в скобках, проставлены размеры для сооружении III категории, без скобок—II категории)

Токоотводами у молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, являются сами эти конструкции. При защите невзрывоопасных зданий и сооружений молниеприемники укладываются непосредственно на крышу защищаемого здания. В этом случае применяются так называемые сетчатые молниеприемники. Они представляют собой сетку из стальных прутков диаметром 6—7 мм с ячейками площадью от 36 до 150 м 2 .
Для того чтобы сетка не препятствовала свободному стоку с крыши здания атмосферных вод, ее рекомендуется укладывать под слой гидро- и теплоизоляции. Конструктивное выполнение сетчатых молниеприемников показано на рис. 44. Токоотводы выполняются из стального прутка диаметром не менее 6 мм или полосовой стали сечением не менее 48 мм 2 и толщиной не менее 4 мм.
Если защищаемое здание имеет металлическую кровлю, то сама кровля может служить молниеприемником. Присоединение токоотводов к металлической кровле, используемой в качестве молниеприемника, может быть осуществлено специальным прижимным устройством, показанным на рис. 45.
Заземление молниеотводов. На электростанциях и подстанциях стержневые молниеотводы устанавливаются на конструкциях ОРУ или отдельно стоящими вблизи от защищаемого оборудования. При установке стержневых молниеотводов на конструкциях ОРУ для их заземления служит заземляющее устройство ОРУ, а отдельно стоящие молниеотводы имеют свое обособленное заземление, электрически не связанное с заземляющим устройством ОРУ.


Рис. 45. Общий вид зажима для присоединения токоотвода к металлической кровле:
1 — зажим из оцинкованного железа; 2 — токоотвод; 3 — металлическая кровля; 4 — болт с шайбой и гайкой

Заземляющее устройство на электростанциях и подстанциях служит:
для обеспечения безопасной работы обслуживающего персонала, так называемое защитное заземление;
для присоединения нейтралей генераторов, трансформаторов — рабочее заземление;
для присоединения средств грозозащиты — разрядников, молниеотводов.
Все перечисленные функции выполняет одно общее заземляющее устройство, которое выбирается по наиболее жестким требованиям и удовлетворяет всем остальным.
На электростанциях и подстанциях таким заземлением является защитное заземление. Оно, как правило, удовлетворяет требованиям рабочего заземления, а во многих случаях может служить для заземления средств грозозащиты и обеспечивает безопасную работу обслуживающего персонала.
Опасность для обслуживающего персонала в электроустановках возникает тогда, когда повреждается изоляция оборудования и через заземлитель проходит ток короткого замыкания или ток замыкания на землю. На рис. 46 показан масляный выключатель, металлический бак которого присоединен к заземлителю с сопротивлением Ra.

Рис. 46. Напряжение прикосновения и шага человека:
1 — распределение потенциалов: 2 — распределение напряжения прикосновения

При повреждении изоляции выключателя через заземлитель в землю будет проходить ток /3. Примерно на расстоянии около 20 м вокруг заземлителя каждая точка поверхности земли приобретет потенциал. Распределение потенциалов по поверхности земли для этого случая представлено кривой /. Бак выключателя и заземлитель окажутся под потенциалом US=I3R3. При прикосновении человека к баку выключателя его руки приобретут также потенциал бака и заземлителя, а ноги человека получат потенциал Un, значение которого можно найти по кривой /, показывающей распределение потенциалов. Следовательно, тело человека подвергается воздействию разности потенциалов UB—UH, которую называют напряжением прикосновения Uпр:
Unp = U,-UB. (12)
Кривая 2 на рис. 46 показывает, как изменяется напряжение прикосновения: чем ближе к баку выключателя находится человек, тем меньше напряжение прикосновения. Если человек не касается бака, а подходит к нему, то правая и левая его нога находится каждая под своим потенциалом, а разность этих потенциалов называют шаговым напряжением. Высокие напряжения прикосновения и шага представляют опасность для человека.
При снижении сопротивления заземлителя снижаются напряжения прикосновения и шага, уменьшается опасность поражения током. Поэтому основной характеристикой заземлителей является сопротивление, которое оказывает прилегающая к заземлителю земля стекающему току. Сопротивление заземлителя, которое имеет место при отекании с него тока промышленной частоты, называется стационарным.
Для обеспечения безопасной работы персонала в электроустановках значение стационарного сопротивления заземления нормируется. В электроустановках выше 1000 В, работающих с заземленной нейтралью, где ток однофазного короткого замыкания превышает 0,5 кА, сопротивление защитного заземления должно быть не более 0,5 Ом.
В электроустановках напряжением до 1000 В, работающих с заземленной нейтралью, сопротивление заземления, к которому присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов мощностью более 100 кВ-А, должно быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ-А и менее — не более 10 Ом.
В электроустановках до 1000 В, работающих с заземленной нейтралью, сопротивление заземления подсчитывается по формуле

а в электроустановках выше 1000 В с незаземленной нейтралью — по формуле

где R — наибольшее при учете сезонных колебаний сопротивление заземления, Ом; 1 — полный ток замыкания на землю в установках без аппаратов, компенсирующих емкостный ток замыкания на землю, А.
В электроустановках с изолированной нейтралью без компенсации емкостного тока замыкания на землю емкостный ток при замыкании одной фазы на землю достигает сотен ампер и может протекать длительное время. Сопротивление заземляющего устройства в этом случае должно быть не более 10 Ом.
Сопротивление заземления в электроустановках с компенсацией емкостных токов подсчитывается также по формулам (13) и (14), но ток / замыкания на землю для расчета заземляющего устройства, к которому присоединены компенсирующие аппараты, принимается равным 125 % номинального тока этих аппаратов, а для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, для расчета принимается остаточный ток замыкания на землю, который может быть в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов, но не менее 30 А.
Нормированное значение сопротивления защитного заземления на электростанциях и подстанциях удовлетворяет требованиям рабочего и грозозащитного заземлений.
Защитное заземление на электростанциях и подстанциях выполняется для всех электроустановок переменного и постоянного тока напряжением 500 В и выше во всех случаях.
В электроустановках напряжением ниже 500 В, за исключением установок переменного тока 36 В и ниже, защитное заземление выполняется только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках, а в установках 36 В и ниже оно осуществляется лишь во взрывоопасных установках.
Конструктивно заземляющие устройства электростанций и подстанций представляют собой вертикальные стальные электроды длиной до 5 м, погруженные в грунт, верхние концы которых соединены стальной полосой и образуют сетку. Количество электродов и размер сетки определяются расчетом. Таким образом, стационарное заземление электростанций и подстанций зависит от его геометрических размеров и удельного сопротивления грунта.
Грунт в сухом состоянии имеет большое сопротивление растеканию тока. При увлажнении грунта имеющиеся в нем соли и кислоты образуют электролиты, которые и определяют в основном его электропроводность. Чем больше влагоемкость грунта, тем больше его электропроводность. Приближенные удельные сопротивления некоторых грунтов приводятся ниже:

При расчетах заземляющих устройств нужно учитывать изменения удельного сопротивления грунта в зависимости от времени года.
Если измерение удельного сопротивления грунта производилось не в наиболее тяжелый (расчетный) сезон, например зимой, то для расчета защитных и рабочих сопротивлений измеренное удельное сопротивление грунта нужно умножить на сезонный коэффициент k.
Для расчета заземлений грозозащиты удельное сопротивление грунта измеряется в условиях грозового сезона и также умножается на сезонный коэффициент k.
Значение сезонного коэффициента k в зависимости от влажности почвы приведено ниже:

Стационарное сопротивление одного вертикально забитого заземляющего электрода (сопротивление растекания току промышленной частоты) RD подсчитывается по формуле

где р — удельное сопротивление грунта, Ом-м; 1 — длина электрода, м; d — внешний диаметр электрода, м.
Стационарное сопротивление горизонтального заземлителя рассчитывается по формуле

где I — длина горизонтального заземлителя, м; d — диаметр круглой стали или половина ширины стальной полосы, м; 1 — глубина заложения в грунт, м.
Согласно формулам (15) и (16) вертикальный стержень длиной 2,5—3 м в суглинистом грунте (р=100 Ом-м) имеет сопротивление приблизительно 30 Ом, а горизонтальная полоса длиной 5 м, уложенная на глубине 0,5—0,7 м,— 25 Ом, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сопротивлению заземления электростанций и подстанций. Поэтому заземляющее устройство электростанций и подстанций выполняется из большого количества вертикальных и горизонтальных электродов.
При близком расположении электродов друг от друга сопротивление каждого из них повышается, что объясняется взаимным экранированием электродов. Дело в том, что при стекании тока с одиночного электрода вокруг него образуются равномерно расположенные линии тока.
В сложном заземлителе эта равномерность нарушается, потому что линии тока одного электрода вытесняют линии тока соседнего электрода (рис. 47). В результате сопротивление каждого электрода возрастает с уменьшением расстояния между электродами.
Коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления электрода в сложном заземлителе вследствие их взаимного экранирования, называется коэффициентом использования заземлителя. Он зависит от конструктивного выполнения заземлителя и, как правило, меньше единицы. Значения коэффициента использования ηтр трубчатых заземлителей, размещенных в ряд, без учета влияния полосы, связывающей их, приведены в табл. 2.

Смотрите так же:  Узо 3-х фазное 16а


Рис. 47. Линии тока в сложном заземлителе при малом расстоянии между электродами
Таблица 2

Как сделать заземление и молниезащиту крыши своими руками

Здание любого эксплуатационного характера (офисное, промышленное или жилое) может принять молниеносный электрический разряд. Последствия как прямого попадания разряда, так и импульсного воздействия на сооружение крайне неблагоприятны. Монтаж молниезащиты позволит уберечь здание от последствий таких угроз.

Дополнительным методом защиты, который гарантирует отвод удара молнии от кровли строения в громоотвод, выступает заземление крыши частного дома.

Преимущества заземленной кровли

Несмотря на некоторые отличия в назначении системы молниезащиты и устройства заземления, обоснование необходимости монтажа одно — обеспечение надлежащего уровня электрической и пожарной безопасности объекта.

Зачастую производится заземление крыши именно из металлочерепицы. Обоснована необходимость организации таких работ следующими аспектами:

  1. За счет конструктивной многослойности металлочерепица выступает в роли конденсатора. Устройство способствует накоплению статического электричества.
  2. Гидроизоляция листов. Под кровельные листы такого материала применяют рубероид или толь. Гидроизоляционные материалы изолируют металлическую кровлю от земли, являясь диалектиками.

Совокупность вышепредставленных факторов способствует концентрации на скатах электрического заряда. Последствиями от сосредоточения заряженных частиц в зависимости от их величины могут быть следующие аварийные ситуации:

  1. Пожар. Все зависит от конструкции здания. Если в конструктивных частях дома используются дополнительные металлические элементы, между этими частями и крышей возникнет высокий показатель температуры электрической дуги. Такой высокотемпературный вид электрического разряда может привести к возгоранию посредством возникновения искры.
  2. Поражение током человека. Например: произошел «пробой фазы», в это время люди работают на строительных лесах рядом с крышей. При одновременном касании железного листа кровли и лесов бьет током. Величина удара может достигать 100 Вольт — такой показатель опасен для человека.
  3. Различные сбои в работе электрооборудования. Частой причиной преждевременного эксплуатационного изнашивания приборов выступает влияние импульсного перенапряжения на их компоненты.

Любой владелец в состоянии предотвратить большинство аварийных ситуаций, стоит лишь организовать защитную систему своему дому.

Важно! Не стоит заземление крыши делать своими руками. Далеко не все параметры большинства магистральных сетей соответствуют стандартизации современных правил прокладки электросетей. Специалист знаком с этим моментом, посредством специальных расчетов и анализа структурных соответствий электрик сможет оптимизировать параметры молниеприемника, токоотвода и заземлителя.

В зависимости от эксплуатационных характеристик здания и его конструктивных особенностей подбирается наиболее подходящий вариант монтажа заземляющего устройства.

Виды заземления: внешняя и внутренняя система

Заземление крыши с учетом организованной в доме внутренней системы защиты обособляет качественный результат устройства заземления любого объекта. Внутренняя система защиты сложнее в организации по сравнению с внешней.

Все смонтированные разрядные устройства электрических сетей дома, которые применяются для ограничения уровня напряжения, выступают основой внутренней заземляющей системы объекта.

Обратите внимание! При отсутствии молниеотводов и внутренней защиты дома во время грозы стоит отключать всю технику от электрического питания. Особенно актуальна такая рекомендация, когда разница по времени между громом и молнией составляет 10 секунд.

Основная задача внешней системы заземляющего устройства кровли заключается в разрядке статического электричества. Реализуются заземление крыши и молниезащита металлической кровли в строгом соответствии со всеми профильными правилами устройства и монтажа таких систем.

Основные этапы производства:

  1. Выбор элементов системы: понадобятся токоотвод, молниеприемник и заземлитель. Дополнительные материалы: хомуты, скобы, сварочный аппарат.
  2. Соединение токоотвода со стержневым молниеприемником. Молниеприемник должен быть организован из железной проволоки с достаточным сечением.
  3. Производство заземлителя. Используется металлическая полоса. Оптимально подойдет стальной прут.
  4. Соединение всех частей конструкции. Можно выполнить как при помощи сварки, так и применив металлические хомуты, закрепленные на гайки и болты.

Обратите внимание! Высота расположения оборудования зависит от того, на каком расстоянии защитный угол будет равен 70°.

Все крыши из металлочерепицы укладываются на деревянную обрешетку. Если заземление крыши выполняется профессионалом, и этот факт специалист учтет при выборе метода молниезащиты (активный, пассивный).

Вся конфигурация элементов защитных систем определяется на этапе их проектирования. Большое внимание уделяется выбору типа молниеприемников.

Активные и пассивные молниеприемники: принцип действия

На сегодняшний момент молниезащита и заземление крыши реализуются при помощи монтажа как активных, так и пассивных принимающих элементов.

Принцип действия молниеприемников:

  1. Активные элементы. Молниезащита реализуется посредством перехватывания электрического разряда молнии. Молниеприемник ионизирует воздух в радиусе 100 метров.
  2. Пассивные элементы. Более традиционная схема молниезащиты. Молниеотвод подавляет заряд, этот потенциал проходит через токоотвод к заземлителю, после чего — в землю.

Одним из основных моментов, на который необходимо уделить внимание при подготовке к производству защитных работ, выступает структурный выбор оборудования молниезащиты.

Важно! Монтаж молниезащиты с активными приемниками обойдется значительно дороже, чем установка пассивной защиты.

Из чего состоит молниеотвод: принцип и практические рекомендации его монтажа

К основным элементам системы молниезащиты относят:

Молниеприемник выполняет функцию проводника. Монтируется на самой высокой точке сооружения. Аргументировано такое расположение большей вероятностью попадания в него молнии.

Обратите внимание! Если здание не простой конструкции, при наличии сложных архитектурных особенностей целесообразно монтировать два и больше подобных принимающих устройств.

В роли молниеприемников могут выступать такие конструкции:

  1. Стальной трос. Вдоль пересечения двух скатов монтируют две опоры. На них натягивается трос. Высотой опоры должны быть приблизительно 2 метра. В случае применения поддерживающих сооружений из металла их изолируют от троса.
  2. Защитная сетка. Монтируется тоже на пересечении скатов крыши. Оптимально подойдет для черепичной кровли.
  3. Металлический штырь. Такой стержень должен иметь площадь сечения не меньше 100 мм², длина — 0,2 – 1,5 м. Молниезащита и заземление крыши из профнастила зачастую реализуются посредством выбора такой конструкции молниеприемника, как металлический штырь.

После выбора конструкции принимающего элемента его следует подключить к токоотводу.

Важно! Любой вид молниеприемника должен обязательно контактировать со всеми частями верхнего покрытия здания.

Передача заряда молнии от приемника к заземлителю реализуется благодаря токоотводу. В роли такой магистрали выступает металлическая проволока, приваренная к принимающему элементу. Толщиной проволока должна быть свыше 6 мм. Токоотвод пускают по стене к контуру заземления. По длине такой элемент молниезащиты должен быть коротким, насколько это возможно.

Обратите внимание! Запрещается переламывать проволоку. При изгибе токоотвода на местах перелома возникнет искровой заряд, который может стать причиной пожара. Не следует близко располагать токоотвод к дверным и оконным проемам при его спуске.

Немалозначимым элементом такой системы защиты здания выступает и заземлитель. Посредством заземления молниезащиты реализуется надежное соединение земли с токоотводом. Конструкция заземления, наиболее зарекомендовавшая себя на практике, представляется в виде нескольких связанных электродов, забитых в грунт.

Важно! Располагать заземлитель нужно не ближе одного метра от стен здания. Расстояние от пешеходных тропинок, дверных и оконных проемов до заземлителя должно быть свыше пяти метров. Закапывать такой заземляющий контур нужно достаточно глубоко, глубина — не меньше двух метров.

Рекомендуется увлажнять заземляющее устройство в летний период, что связано с уменьшением электропроводимости сухой земли.

Основным параметром, определяющим качество смонтированного заземления крыши, выступает потенциал силы разряда, который защитная система может снять с кровли здания. Эффективность заземляющих устройств и всего комплекса молниезащиты зависит от профессионального подхода к электромонтажу такой системы.

Смотрите так же:  Как подсоединить провода к диодной ленте

Устройство молниезащиты и ее заземления

Жителей городов мало волнует молниезащита и заземление, государство уже о них позаботилось, обязав проектировщиков и строителей предусмотреть соответствующие технические решения. Вопрос защиты от молний особо актуален для владельцев дач и загородных домов. Делать молниезащиту или не делать – домовладелец решает сам. Однако сооружение заземления и надежного молниеотвода уменьшает опасность пожара в разы, позволяет защитить проводку, электроприборы и жизни обитателей дома.

Опасность разряда молнии

Облака представляют собой водяной пар или мелкие кристаллы льда. Они постоянно движутся, трутся о теплые струи воздуха и электризуются. Когда разность зарядов между ними достигает критического значения, происходит разряд. Это и есть молния. Когда между облаком и землей проводимость наименьшая, то молния ударяет в землю, весь накопленный заряд стекает в нее. Затем и нужно заземление, чтобы забрать на себя энергию разряда.

Молния ударяет в самую высокую точку сооружения, проходя минимальное расстояние от облака до объекта. По сути, получается короткое замыкание, протекают гигантские токи, выделяется огромная энергия. Если молниезащита отсутствует, то вся энергия молнии воспринимается зданием и растекается по токопроводящим конструкциям. Последствия такого удара – пожары, поражения людей, выход из строя электротехники.

Молниезащита забирает на себя энергию разряда и по токопроводу переправляет ее через заземлитель в землю, которая ее полностью поглощает. Поэтому молниеприемники (громоотводы) и прочие элементы молниезащиты выполняются из токопроводящих материалов с высокой проводимостью.

Типы защиты

По месту расположения молниезащита делится на внешнюю и внутреннюю. Внешняя защита по принципу действия подразделяется на пассивную и активную. Устройство молниезащиты пассивного типа включает три обязательных части:

  • молниеприемник;
  • токоотвод (токовод);
  • заземлитель.

В зависимости от строения крыши устанавливаются различные молниеотводы. В активной молниезащите на вершине стрежня или мачты находится ионизатор воздуха, который создает дополнительный заряд и привлекает, таким образом, молнию. Радиус действия такой защиты значительно больше пассивной, бывает достаточно одной мачты для защиты дома и участка.

Внутренняя защита от молний

Особенно нужна молниезащита внутри зданий с большим количеством компьютерного оборудованием. Внутренняя молниезащита представляет собой комплекс устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). При попадании разряда молнии на линии электрической сети в ней возникают огромные кратковременные перенапряжения. Чтобы погасить их параллельно с проводниками фаза и ноль, фаза и земля, ноль и земля устанавливаются УЗИП. Это очень быстродействующие приборы со временем срабатывания от 100 нс до 5 нс.

Схема установки и характеристики УЗИП зависят от того, имеется внешняя молниезащита или нет. Они различаются конструкцией, представляют собой воздушные или газовые разрядники, варисторы, но суть одна. При возникновении кратковременного перенапряжения шунтируют защищаемую цепь и всю энергию разряда принимают на себя. Но есть приборы и с последовательным соединением. Принцип действия тот же, при возникновении перенапряжений все падение напряжения происходит на устройстве.

УЗИП делятся на три класса. Устройства первого класса устанавливаются в главном распределительном щите. УЗИП снижает напряжение до 4 кВ. Приборы второго класса устанавливают перед вводным автоматом квартирного или домового электрического щита и снижают напряжение до 2,5 кВ. Устройства третьего класса устанавливают в непосредственной близости от защищаемых приборов (компьютеры, серверы и подобные им устройства). Они обеспечивают снижение до 1,5 кВ. Этого снижения напряжения достаточно для большинства оборудования, особенно если продолжительность перенапряжения краткая. Расчет молниезащиты рекомендуется поручить специалистам.

Естественные молниеотводы

Кроме этого имеется естественные молниеотводы. Наши предки вольно или невольно тоже имели хорошую молниезащиту. Традиция высаживать около дома березу спасла не одну жизнь и не один дом. Береза, несмотря на то что она не очень хорошо проводит электрический ток, является замечательным молниеотводом и одновременно обеспечивает заземление. А все из-за мощной корневой системы, которая расползается почти на поверхности почвы. За счет этого энергия молнии при попадании в дерево растекается по большой площади и благополучно уходит в землю. Сосна и ель в качестве молниезащиты даже лучше, но не сравнятся с березой из-за хрупкости древесины.

Конструкция молниеотводов

В общем случае, молниезащита зданий и сооружений представляет собой комплекс из молниеприемника, токопровода и заземлителя. Молниеприемники применяются в виде стержня, сети и натянутого троса.

Стержневой молниеприемник

Конструкция стержневой системы проста. Штырь молниезащиты соединяется с помощью токоотвода с металлическими штырями в грунте, обеспечивающими заземление.

Стержни (штыри) изготавливают из оцинкованной или омедненной стали высотой от полуметра до 5-7 метров. Диаметр зависит от высоты стержня и климатического района расположения. Омедненный стержень имеет лучшую электрическую проводимость по сравнению с оцинкованной сталью. В зависимости от конфигурации здания и его кровли на крыше устанавливаются несколько стержней. Они крепятся к коньку, фронтону, вентиляционным колодцам и прочим капитальным конструкциям.

Зона влияния молниезащиты представляет собой конус с вершиной на острие молниеотвода. Стержни располагают таким образом, чтобы зоны их действия перекрывали все здание. Для стержневых молниеприемников правило защитного конуса с 90 градусной вершиной справедливо для стержня высотой до 15 м. Чем выше молниеприемник, тем меньше угол вершины защитного конуса.

Сетевой молниеприемник

Молниеприемная сеть представляет собой оцинкованный или омедненный провод диаметром 8-10 мм, покрывающий в виде сети всю крышу здания. Обычно молниезащиту в виде сетки устанавливают на плоские кровли. Сеть формируется за счет перпендикулярно расположенных относительно друг друга проводов с определенным шагом. При помощи держателей провода соединяются между собой и крепятся к кровле. Иногда, вместо провода используют стальную полосу.

Провод или полоса обязательно должны быть соединены с заземлением. Для соединения применяют сварку, но можно его делать специальными зажимами. Зажимы для соединения электродов заземления с проводниками часто идут в комплекте, если приобретать все детали в специализированном магазине.

Тросовый молниеприемник

Тросовые молниеприемники представляют собой стальной или алюминиевый трос, натянутый между двумя мачтами. Мачты соединены с токоотводов, а тот в свою очередь с заземлением. Представьте, что трос является коньком двускатной крыши. Тогда область под этой виртуальной крышей будет находиться под защитой от ударов молний. Таким образом, натянув над крышей дома и прилегающей территорией несколько тросов можно обеспечить надежную молниезащиту.

Токопроводы представляют собой оцинкованные или омедненные стальные провода диаметром 10 мм, часто применяют и стальные полосы сечением 40х4 мм покрытые цинком или медью. Они соединяют молниеприемники с заземлителем.

В комплект молниезащиты входят и держатели молниеприемников и токопроводов. Они выполняются из стальных и пластиковых материалов, имеют многообразные конструкции.

Расположение заземлителей

Заземление молниеотводов, в самом простом случае, представляет собой три трехметровых металлических стержня вбитых в землю на расстоянии 5 метров друг от друга. Между собой заземляющие штыри соединяются стальной полосой расположенной на глубине 50-70 см под землей. Соединение производится методом сварки, которые затем покрываются антикоррозионным покрытием. В местах расположения штырей на поверхность должны выходить стержни для того, чтобы можно было присоединить токопроводы.

Заземление должно располагаться на расстоянии не менее 1 метра от сооружения и более 5 метров от крыльца, дорожек и других мест постоянного хождения людей. Это необходимо для того, чтобы человек не попал под шаговое напряжение, образующееся при растекании заряда молнии от заземлителя по земле. Если здание имеет массивный железобетонный фундамент, то заземление молниезащиты рекомендуется располагать подальше от него и монтировать внутреннюю молниезащиту в виде грозоразрядников для защиты аппаратуры. Это необходимо из-за заброса части заряда на фундамент и все элементы, имеющие с ним хороший контакт, в первую очередь корпуса оборудования, инженерные коммуникации.

Требования к сопротивлению

Контур заземления дома должен быть соединен с заземлением молниезащиты через стальные проводники, которые сваривают между собой. Сопротивление заземления должно быть как можно меньше. Нормативное значение составляет 10 Ом для грунтов с удельным сопротивлением до 500 Ом, но при больших его значениях допускается иное сопротивление, которое вычисляется по формуле:

Rз – сопротивление заземлителя, а ρ – удельное сопротивление грунта.

Для достижения нормативного значения иногда заменяется грунт. Выкапывается траншея, закладывается новый грунт с соответствующими характеристиками, и после этого монтируется заземление. Другой вариант заключается в добавлении химических реагентов. После установки заземления молниезащиты необходимо регулярно замерять его сопротивление. Если оно выходит за пределы нормативного значения, то придется добавить штырь или заменить на новый. При этом нужно уделять пристальное внимание соединениям между элементами устройства. Использование нержавеющих материалов значительно увеличит срок службы заземлителя.

Похожие статьи:

  • Провода для противотуманных фар на акцент Gunner67 › Блог › Установка ПТФ в Hyundai Accent Начну с того что мне на месяц перепал Hyundai Accent, ну а так как с моей машиной производились кое какие доработки(чуть позже в бж) и мне было скучно, я решил заняться облагораживание […]
  • Электрическая варочная панель 220 вольт Подключение варочной панели Фолклиг от Икеа на 380В Уважаемые форумчане, Здравствуйте! Не кидайте камней, поиском пользовался знакомых опрашивал. Задача в следующем: дом новостройка - ввод в квартиру 380, соответственно на кухню к […]
  • Подключение трехфазного понижающего трансформатора Сварочный трансформатор из понижающего типа ТСЗ (ТСЗИ) Автор В. Сопот предлагает простую и малозатратную переделку понижающих трансформаторов типа ТСЗ (ТСЗИ)–УХЛ2–380 В (220)/36 В, которые широко используются в промышленности и […]
  • Пример расчета заземление Пример расчета заземление Для выполнения расчета заземления и определения сезонных климатических коэффициентов для вертикальных и горизонтальных заземлителей в СНиП 23.01.99 Климатические условия Рисунок 1 таблица А1 можно найти […]
  • Хорошие провода для прикуривания УАЗ Patriot Шрек › Бортжурнал › Хорошие провода прикуривания. Прям хорошие. Сделал новые провода для прикуривания, в этот раз 7 метров длины, из сварочного кабеля 16 кв.мм. Получилась клевая штука, длинные, прикурить можно даже подъехав […]
  • Как посчитать вес провода расчет веса кабеля Расчет веса кабеля необходим для корректного расчета тоннажа и габаритных размеров автомобиля. Также данный сервис будет полезен тем, кто хочет заказать доставку и не имеет точных данных о весе того или иного […]