10.2. Захист від блискавки

Щорічно в Україні відбувається близько 1500 пожеж від грозових розрядів блискавки.

Блискавка являє собою гігантський іскровий розряд в електричному полі атмосфери. Розвиток блискавки визначається складним комплексом фізичних процесів. 

Протягом багатьох століть блискавка привертала до себе увагу вчених. Блискавка – статистичне явище, тому її дослідження пов’язане з великими труднощами. 

Історично першим дослідником блискавки у світі вважається Бенджамін Франклін (Benjamin Franklin) (1706-1790) – американський просвітитель, державний діяч і вчений, єдиний непрезидент Сполучених Штатів Америки, що зображений на американських грошах (купюра у 100 американських доларів). Багато часу присвячував науковим дослідженням. Висунув гіпотезу, що блискавка є електричним явищем. У 1752 році провів експеримент із повітряним змієм, якого запускав у грозові хмари. З цього експерименту згодом народилася ідея блискавковідводу, а потім і загальна теорія електричних явищ, а також пов’язана з нею нова термінологія (поняття позитивної й негативної електрики, провідника, батареї тощо). До речі, у світі одиничний стрижньовий блискавковідвід називають "стрижень Франкліна".

В Російській Імперії досліджувати блискавку почали за часів Михайла Васильовича Ломоносова (1711-1765), геніального вченого у багатьох галузях знань, поета, просвітителя. В 1752 році в "Санкт-Петербурзьких відомостях" з’явилося перше повідомлення про дослідження Б. Франкліна, в якому було висунуто гіпотезу, що блискавка є електричним явищем. Російський фізик, академік Петербурзької академії наук Георг Вільгельм Ріхман (1711-1753) взявся за дослідження атмосферної електрики та на початку літа 1752 року спорудив у себе на квартирі прилад для дослідження електрики грозових хмар. Прилад складався з ізольованого залізного листа, що був пропущений крізь дах будинку та закінчувався у кімнаті "електричним гномоном" (за сучасною термінологією цей прилад називається "електроскоп"; до речі, це був перший у світі електричний вимірювальний прилад). Протягом 1752-1753 років Г.В. Ріхман працював зі своїм приладом та повідомляв про результати досліджень у "Санкт-Петербурзьких відомостях". 26 липня 1753 року Г.В. Ріхман, наблизившись до свого приладу, був смертельно уражений електричним струмом блискавки. 

У Радянському Союзі початком систематичного дослідження блискавки вважають 1935 рік, в якому під керівництвом професора І.С. Стекольнікова було створено спеціальні польові та гірські лабораторії для дослідження блискавок. Найбільш досконалою лабораторією для комплексного дослідження блискавок вважається польова станція Московського енергетичного інституту, створена на Останкінській телевежі у м. Москва, Російська Федерація. 

В Україні провідною організацією, яка займається питаннями захисту від блискавки, є Науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут "Молнія" – інститут-супутник Національного технічного університету "Харківській політехнічний інститут", який було створено у 1990 році на базі Особливого конструкторського бюро високовольтної імпульсної техніки. За радянських часів організація спеціалізувалася на блискавкозахисті технічних засобів. Високовольтні генератори для моделювання блискавок розміщено в селищі міського типу Андріївка Балаклійського району Харківської області.

З часів Франкліна, Ломоносова й до наших днів накопичено значний експериментальний матеріал і створено певні наробітки щодо процесу розвитку блискавки. На їх основі було розроблено основні принципи блискавкозахисту. Теорія блискавкозахисту формується на стику техніки високих напруг, геофізики та метеорології.  

Загальні відомості про блискавку. Установлено, що зрілі грозові хмари мають біполярну структуру розподілу зарядів. Верхня частина хмари, як правило, несе надлишковий позитивний заряд, а нижня – негативний. При такому розподілі зарядів утворюються негативні блискавки. Значно рідше спостерігаються обернено поляризовані хмари, верхня частина яких несе надлишковий негативний заряд, а нижня – надлишковий позитивний заряд.

Однією з теорій, яка описує процес заряджання хмари, є теорія гідрометеорів. Звичайно поверхня землі має негативний заряд, а іоносфера – позитивний (рис. 10.7). Іоносфера розташована на висоті близько 100 км від поверхні землі. Хмара являє собою воду, яка перебуває у різних агрегатних станах (тверда фаза – сніжинка, градина, рідка фаза – крапля, газоподібна фаза – водяна пара), причому вода постійно переходить з одного агрегатного стану в інший, краплі дробляться та зливаються. Внаслідок цього створюються елементарні диполі, які називаються "гідрометеорами". Гідрометеори наявні у будь-якій хмарі, але вони спрямовані хаотично. Внаслідок дії механічних сил повітряних потоків у гравітаційному полі Землі в різних частинах хмари накопичуються заряди протилежних знаків, і між цими частинами виникає електричне поле, що ще більше підсилює процес заряджання хмари. Хмара стає грозовою. Різниця потенціалів між нижньою частиною грозової хмари та землею зростає до значення, яке є достатнім для пробою повітряного проміжку "нижня частина хмари – земля" (близько 20 кВ/см), і виникає розряд блискавки. Чим менше відстань між нижньою частиною хмари та земною поверхнею, тим менше необхідна різниця потенціалів для пробою повітряного проміжку "нижня частина хмари – земля".

Рис. 10.7 – Процес поляризації хмари

1 – поверхня землі; 2 – іоносфера; 3 – хмара; 4 – гідрометеор; 5 – повіт-ряний потік

Блискавка – електричний розряд атмосферного походження, що розвивається між грозовою хмарою й землею, а також між хмарами, і складається з одного або декількох імпульсів струму. Класифікацію блискавок приведено на рис. 10.8.

Блискавкозахист улаштовують тільки для захисту від лінійних блискавок. Екзотичне явище – кульова блискавка – виникає дуже рідко й не може бути причиною систематичних аварій.

Лінійні блискавки розвиваються між хмарою й землею, а також між окремими хмарами й усередині хмари. Більш докладно вивчено розряди між хмарою й землею, які є основною причиною ушкодження наземних споруд. 

Рис. 10.8 – Класифікація блискавок

Розряд блискавки починається з розвитку лідера – слабосвітного каналу зі струмом силою у кілька сотень ампер. За напрямком руху лідера – від хмари до наземної споруди або від наземної споруди до хмари – блискавки розділяються на спадні й висхідні. 

Спадні лінійні 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. Тип блискавки визначається візуально за напрямком розгалужень на фотографіях блискавки (рис. 10.9).

Рис. 10.9 – Типи лінійних блискавок: а – спадна, б – висхідна

1 – хмара; 2 – висотна споруда         

Про існування висхідних блискавок, що вражають висотні об’єкти, довідалися тільки після початку систематичних досліджень блискавки, зокрема у польовій станції на Останкінській телевежі у м. Москва.

Також блискавки відрізняються за знаком заряду, що ними переноситься. Полярність блискавки прийнято визначати за знаком заряду, що переноситься від хмари до землі по її каналу. Більшість блискавок (до 90 %) незалежно від їхнього типу, переносять на землю негативний заряд. Тому найбільш повно вивчено спадну негативну лінійну блискавку. 

Спадна негативна лінійна блискавка має декілька компонент (за зовнішніми ознаками канал блискавки "пульсує" за яскравістю). Основною компонентою є перша компонента. Наступні компоненти використовують канал між хмарою й землею, що залишився від першої компоненти. Кожна з компонент виникає в результаті втягування у процес розряду нових скупчень зарядів у грозовій хмарі.

У кожній компоненті спадної негативної лінійної блискавки виділяють три основні стадії: лідерну, головну та фінальну.

Лідерна стадія триває декілька мілісекунд. Ця стадія визначає місце удару блискавки у землю. Чим менше відстань між нижньою частиною грозової хмари та землею, тим вище ймовірність удару блискавки саме в це місце. Фактично відбувається пробій повітряного проміжку "хмара-земля" за рахунок поступового проростання головного високотемпературного каналу лідера, що несе струм силою у сотні ампер і потенціал у десятки мегавольт. Довжиною каналу лідера розподілений електричний заряд величиною до декількох кулон. Лідер спадної блискавки виникає під дією процесів у грозовій хмарі. У міру просування лідера до землі з наземних об’єктів можуть збуджуватися спрямовані до хмари зустрічні лідери. Зіткнення одного з них зі спадним лідером (або торкання останнього поверхні землі) визначає місце удару блискавки в землю або об’єкт. 

Головна стадія виникає при замиканні на землю каналу спадного лідера. Дана стадія являє собою найбільшу небезпеку, тому що відбувається розряд заряду, накопиченого у хмарі. Головна стадія супроводжується дуже різким збільшенням яскравості світіння каналу та потужним звуковим ефектом (громом). Струм головної стадії – перший негативний імпульс, накладений на безперервну складову. Перший імпульс за загальної тривалості в кілька сотень мікросекунд має довжину фронту від 3 до 20 мксек; пікове значення сили струму може досягати значення 200 кА. 

Фінальна стадія характеризує перехідний процес, яким закінчується нейтралізація заряду. Як правило, за першим імпульсом (головною стадією) спостерігаються наступні імпульси з меншими амплітудами й довжиною фронту (у середньому 0,6 мкс і 12 кА). При цьому крутість сили струму на фронті наступних імпульсів вище, ніж для першого імпульсу. Процес іде менш інтенсивно.

Загальна тривалість блискавки становить від 0,1 с до 1-1,5 с. Заряд, що переноситься блискавкою, коливається від одиниць до сотень кулон.

Накопичені фактичні дані про параметри спадних блискавок не дозволяють судити про їх розходження в різних географічних регіонах світу. Тому для всієї території України їх імовірнісні характеристики прийнято однаковими.

Висхідні негативні блискавки розвиваються з висотних заземлених споруд. На рівнинній місцевості висхідні блискавки уражають об’єкти висотою більше 150 м, а в гірських районах збуджуються з гострих елементів рельєфу і споруд меншої висоти й тому спостерігаються частіше.

Позитивна блискавка (так звана "червона блискавка") є достатньо рідким явищем і її вивчено менше. Позитивна блискавка, як правило, є однокомпонентною, але заряд, що переноситься нею, може бути значно більшим, ніж заряд, що переноситься багатокомпонентною негативною блискавкою.

Небезпека дії блискавки розглядається у двох напрямах: небезпека прямого удару блискавки та небезпека вторинних дії блискавки.

Небезпека прямого удару блискавки. Прямий  удар блискавки  (ПУБ)  – безпосередній контакт каналу блискавки з об’єктом (будівлею або спорудою), що супроводжується протіканням через нього струму блискавки.

Відповідно до ГОСТ 12.1.004 небезпека прямого удару блискавки полягає в контакті горючого середовища з каналом блискавки, температура в якому досягає +30000 °С за сили струму 200000 А і часу дії близько 100 мкс. Від прямого удару блискавки запалюються всі горючі середовища.

Прямий удар блискавки справляє електричний, термічний та механічний  впливи.

Електричний вплив ПУБ зумовлений можливістю ураження людей або тварин електричним струмом і появою перенапруг на уражених елементах. За відсутності блискавкозахисту шляхи розтікання струму блискавки є неконтрольованими, і її удар може створити небезпеку ураження струмом, небезпечні напруги кроку і дотику тощо.

Термічний вплив ПУБ зумовлений різким виділенням теплоти при прямому контакті каналу блискавки із вмістом об’єкта при протіканні через об’єкт струму блискавки. Енергія, що виділяється в каналі блискавки, перевищує 5,5 Дж (у розрахунку на опір 1 Ом), що на кілька порядків перевищує мінімальну енергію запалювання більшості газо-, паро- і пилоповітряних сумішей. Тому контакт із каналом блискавки створює небезпеку запалювання. Є імовірність проплавляння корпусів установок. При протіканні струму блискавки по тонких провідниках створюється небезпека їх розплавляння і розриву. Є небезпека пропалювання і розплавляння сталевих пластин товщиною до 4 мм; при протіканні струму блискавки по сталевих конструкціях перерізом менше 16 мм2 може статися їх розплавляння.

Механічний вплив ПУБ зумовлений ударною хвилею, що поширюється від каналу блискавки, й електродинамічними силами, що діють на провідники зі струмами блискавки. Цей вплив може спричинити розщеплення деревини, утворення тріщин у бетоні тощо. Якщо між ураженою ділянкою і землею немає струмопровідних шляхів, то відбувається пробій цього об’єкта на шляху меншого електричного опору. Цей шлях – капіляри, заповнені вологою. При розряді вода випаровується практично миттєво, збільшуючись при цьому в об’ємі в десятки разів. Відбувається вибухове руйнування об’єкта.  

Небезпека вторинних дій блискавки. Вторинні дії блискавки – дії електромагнітного поля блискавки на металеві елементи будівельних конструкцій, електричні й електронні системи.

Вторинні дії блискавки пов’язані з дією на об’єкт електромагнітного поля близьких розрядів. Звичайно це поле розглядають у виді двох складових: електростатичної та електромагнітної індукції.

Електростатична індукція зумовлена переміщенням зарядів у лідері і каналі блискавки. Електростатичний індукційний вплив проявляється у виді імпульсних перенапруг, що виникають на металевих конструкціях об’єкта. Величина імпульсної перенапруги залежить від величини сили струму блискавки, відстані до місця удару, опору заземлення. За відсутності належного заземлення імпульсна перенапруга може сягати сотень кіловольт і створювати небезпеку ураження людей електричним струмом та виникнення іскор між окремими частинами об’єкта.

Електромагнітна індукція зумовлена зміною струму блискавки в часі. Електромагнітна індукція приводить до утворення у металевих контурах об’єкта ЕРС, пропорційної швидкості зміни струму блискавки і площі, охоплюваної контуром. Протяжні комунікації в сучасних виробничих будівлях можуть утворювати контури, що охоплюють велику площу, в яких є небезпека наведення ЕРС у кілька десятків кіловольт. У місцях зближення протяжних металевих конструкцій, у розривах незамкнутих контурів створюється небезпека перекриттів та іскрінь із можливим розсіюванням енергії близько десятих часток джоуля. 

Відповідно до ГОСТ 12.1.004 пожежна небезпека вторинних дій блискавки полягає в іскрових розрядах, що виникають у результаті індукційного й електромагнітного впливу атмосферної електрики на виробниче устаткування, трубопроводи й будівельні конструкції. Енергія іскрового розряду перевищує 250 мДж є достатньою для запалення горючих речовин з мінімальною енергією запалювання до 0,25 Дж.

Також небезпеку являє собою занесення високого потенціалу в будинок по металевих комунікаціях не тільки при прямому влученні блискавки, але і при розташуванні комунікацій у безпосередній близькості від блискавковідводу. При недотриманні безпечних відстаней між блискавковідводами й комунікаціями енергія можливих іскрових розрядів сягає значень 100 Дж і більше, тобто є достатньою для загоряння всіх горючих речовин.

Параметри блискавки, які є вихідними для розрахунку блискавкозахисних пристроїв. Такими параметрами є: середня за рік тривалість гроз, щільність ударів блискавок на 1 км2 земної поверхні за рік, очікувана кількість уражень об’єкта блискавками за рік та інші.

Статистичні дані про грозову діяльність накопичувалися в Радянському Союзі з 1936 року за даними спостережень на метеорологічних, польових та гірських станціях. За результатами досліджень складено карту середньої за рік тривалості гроз, яка для території України подана на рис. 10.10. Тривалість гроз фіксується як часовий проміжок між першим та останнім громом для однієї грози.

Рис. 10.10 – Карта середньої за рік тривалості гроз для території України

Другою характеристикою грозової діяльності є щільність ударів блискавок на 1 км2 земної поверхні за рік. Щільність ударів блискавок в землю сильно коливається по регіонах Земної кулі. Є тенденція до зростання щільності ударів блискавок в землю від полюсів до екватора. Щільність ударів блискавок різко зменшується в пустелях і зростає в регіонах з інтенсивними процесами випаровування (тропіки), де досягає значення 20÷30 розрядів на 1 км2 землі в рік. Особливо великий вплив рельєфу у гірській місцевості, де грозові фронти поширюються переважно по вузьких коридорах, і можливі різкі коливання щільності розрядів блискавок в землю.

Щільність ударів блискавок на 1 км2 земної поверхні на рік визначається за даними метеорологічних спостережень у місці розташування об’єкта, або розраховується за формулою:

,                                 (10.9)

де Тгр  – середня тривалість гроз у годинах, визначена за картою (рис. 10.10), [годин].

Третьою характеристикою грозової діяльності є очікувана кількість уражень об’єкта блискавками за рік. Позначається літерою . Розраховується за формулами, що є різними для зосереджених споруд, будівель і споруд прямокутної форми та протяжного об’єкту довжиною L, наприклад лінії електропередачі.

При розрахунку очікуваної кількості уражень об’єкта блискавками за рік використовуються наступні припущення: об’єкт "приймає" на себе розряди всіх блискавок, які за його відсутності вразили б поверхню землі певної площі (так звану "поверхню стягування"); поверхня стягування має форму кола для зосереджених споруд (вертикальні труби або вежі) і форму прямокутника для споруд прямокутної форми та протяжних об’єктів; очікувана кількість уражень об’єкта блискавками за рік дорівнює добутку площі стягування на щільність ударів блискавок на 1 км2 земної поверхні на рік у місці його (об’єкта) розташування.

Для зосереджених споруд формула для розрахунку очікуваної кількості уражень об’єкта блискавками за рік  виводиться наступним чином. Поверхня стягування має форму кола площею . За багаторічними статистичними даними приблизно визначено зв’язок радіуса стягування  і висоти  об’єкта: . Остаточно одержуємо формулу:

.                (10.10)

Коефіцієнт 10-6 з’явився при переведенні розмірності щільності n з  у .

Для будівель і споруд прямокутної форми очікувана кількість уражень об’єкта блискавками за рік визначається за формулою:

 ,        (10.11)

де  і  – відповідно ширина і довжина об’єкта, [м].

Для протяжного об’єкта довжиною L очікувана кількість уражень об’єкта блискавками за рік визначається за формулою:

.                        (10.12)

Для прикладу визначимо очікувану кількість уражень об’єкта блискавками за рік для зосередженого об’єкта висотою 50 м, розташованого у Харківській області. З рис. 10.10 визначаємо середню за рік тривалість гроз для м. Харків – . Визначаємо щільність ударів блискавок у землю:

.                (10.13)

Визначаємо очікувану кількість уражень об’єкта блискавками за рік, наприклад, для димової труби висотою :

 1/рік.                 (10.14)

Тобто можна очікувати не більше одного ураження об’єкту блискавкою за 3-4 роки.

Національним стандартом ДСТУ Б.В.2.5-38 передбачено чотири рівні блискавкозахисту: І, ІІ, ІІІ, ІV. Для кожного рівня блискавкозахисту (РБЗ) встановлено максимальні (таблиці 10.1–10.4) і мінімальні (таблиця 10.5) фіксовані параметри струму блискавки. Імовірність того, що встановлені параметри струмів блискавки будуть відповідати параметрам природної блискавки, подано в таблиці 10.6. 

Таблиця 10.1 – Параметри першого імпульсу струму блискавки

Таблиця 10.2 – Параметри наступного імпульсу струму блискавки

Таблиця 10.3 – Параметри тривалого струму блискавки в інтервалах між імпульсами

Таблиця 10.4 – Параметри повного розряду блискавки 

Максимальні значення параметрів струму блискавки використовуються для розрахунку перерізу провідників, товщини металевої покрівлі і корпусів резервуарів, які можуть мати контакт із блискавкою, номінального розрядного струму ПЗІП, розділяючої відстані для запобігання небезпечному іскрінню; визначення параметрів випробування системи блискавкозахисту або її окремих компонентів тощо.

Таблиця 10.5 – Мінімальні параметри струму блискавки і радіуси фіктивної сфери для прийнятих РБЗ

Таблиця 10.6 – Імовірність того, що прийняті параметри струму блискавки будуть відповідати параметрам природних блискавок

Мінімальні значення амплітуди сили струму блискавки використовуються для встановлення радіуса фіктивної сфери, за допомогою якої може проводитися розрахунок блискавкоприймачів і визначатися зона блискавкозахисту.

Класифікація об’єктів, що захищаються від блискавки. Блискавкозахист – це комплекс захисних пристроїв, призначених для забезпечення безпеки людей, збереження будівель і споруджень, устаткування й матеріалів від можливих вибухів, руйнувань і пожеж, що виникають від прямого удару блискавки, а в будівлях сільськогосподарських  підприємств – також для забезпечення безпеки тварин і птахів.

Блискавкозахист умовно можна розділити на блискавкозахист будівель і споруд та блискавкозахист технічних засобів (технічний засіб – електротехнічні, радіотехнічні та електронні вироби, обладнання й апаратура виробничо-технічного, народно-господарчого та культурно-побутового призначення). Блискавкозахист будівель та споруд у загальному випадку виконується за національним стандартом ДСТУ Б В.2.5-38, якщо інше не передбачено відомчими нормативними документами. Блискавкозахист технічних засобів здійснюється за міждержавними стандартами ГОСТ 30585 та ГОСТ 30586. 

Система блискавкозахисту будівель або споруд включає захист від ПУБ – зовнішню блискавкозахисну систему (БЗС) і захист від вторинних дій блискавки – внутрішню 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, зумовлених ударами блискавки в будівельні конструкції.

Щодо захисту від ПУБ об’єкти поділяються на звичайні та спеціальні.

Звичайні об’єкти: промислові підприємства; тваринницькі й птахівничі будівлі і споруди; житлові й адміністративні будівлі, універмаги, банки, страхові компанії, дошкільні установи, школи, лікарні, притулки для старих, музеї й археологічні пам’ятники, спортивні споруди.

Спеціальні об’єкти: 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 електропередачі, засоби зв’язку); інші об’єкти (будови висотою вище 60 м, об’єкти, що будуються).

Для захисту від ПУБ вводяться поняття "рівень блискавкозахисту" та "надійність захисту від ПУБ".

Рівень блискавкозахисту – число (І, ІІ, ІІІ, ІV), яке пов’язане із заздалегідь встановленими параметрами струму блискавки та імовірністю того, що ці взаємопов’язані максимальні й мінімальні параметри не будуть перевищувати природних параметрів струмів блискавки. РБЗ визначається за таблицею додатка А до національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 залежно від призначення будівлі або споруди, класу зони простору за ПУЕ, ступеня вогнестійкості, очікуваної кількості уражень об’єкта за рік, за якою виконується блискавкозахист,

Надійність захисту від ПУБ () – визначається, як , де  – імовірність ПУБ в захищуваний об’єкт блискавковідводами зі стрижньовими або тросовими блискавкоприймачами. Надійність захисту від ПУБ () 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 будівель та споруд від ПУБ здійснюється улаштуванням блискавковідводів.

Захист від вторинних дій блискавки – внутрішня система заходів, які обмежують дії електромагнітного поля блискавки на металеві елементи 
будівельних конструкцій, електричні й електронні системи. Для захисту від вторинних дій блискавки введено поняття "зона захисту від вторинних дій блискавки".

Зона захисту від вторинних дій блискавки (позначається 0А, 0В, 1, 2 тощо) – зона, в якій електромагнетизм блискавки обмежений зовнішнім середовищем.

Зона 0А – зона зовнішнього середовища об’єкта, всі точки якої можуть зазнавати прямого удару блискавки  і впливу виникаючого при цьому електромагнітного поля. 

Зона 0В – зона зовнішнього середовища об’єкта, точки якого не зазнають  прямого удару блискавки, так як знаходяться у просторі, захищеному зовнішньою блискавкозахисною системою. Однак у цій зоні  діє повне електромагнітне поле. 

Зона 1 – внутрішня зона об’єкта, точки якої не зазнають прямого удару блискавки. В цій зоні струми у всіх струмовідних частинах мають значно менші значення, в порівнянні із зонами 0А і 0В. Електромагнітне поле також знижене у порівнянні із зонами 0А і 0В, за рахунок екранувальних властивостей будівельних конструкцій.

Інші зони (2 і т.д.) – встановлюються, якщо потрібне подальше зменшення струму і/або ослаблення електромагнітного поля; вимоги до параметрів зон визначаються відповідно до вимог щодо захисту різних зон об’єкта.

Захист будівель і споруд від вторинних дій блискавки здійснюється екрануванням, улаштуванням системи вирівнювання потенціалів та улаштуванням в електричних мережах ПЗІП на межах зон захисту від вторинних дій блискавки.

Екранування – захист внутрішньої системи або окремих її частин  від дії електромагнітних полів (за допомогою заземлення металевих листів, сіток, стальних кожухів). На межах зон захисту від вторинних дій блискавки необхідно вживати заходів щодо екранування й з’єднання всіх перетинаючих межу металевих елементів і комунікацій.

Блискавковідвід. Блискавковідвід – пристрій, який сприймає удар блискавки і відводить її струм у землю. Блискавковідвід забезпечує захист від ПУБ. Захисна дія блискавковідводу базується на властивості блискавки вражати найбільш високі й заземлені струмопровідні споруди. У загальному випадку блискавковідвід складається з наступних елементів: опора, блискавкоприймач, струмовідвід, заземлювач. У деяких випадках функції опори, блискавкоприймача і струмовідводу поєднано. 

З’єднання  в системі блискавкозахисту слід виконувати зварюванням, паянням; допускається також вставка в затискний наконечник або болтове кріплення.

Блискавковідвід характеризується зоною захисту.

Зона захисту блискавковідводу – простір, усередині якого будівельна конструкція захищена від ПУБ з надійністю не нижче визначеного значення. Зовнішній вигляд зони захисту блискавковідводу залежить від виду блискавкоприймача. 

Блискавкоприймач. Блискавкоприймач – частина блискавковідводу, призначена для перехоплення блискавок. Блискавкоприймачі бувають природні та спеціально встановлені.

Природні блискавкоприймачі – конструктивні елементи будівель і споруд, наприклад:

1) металеві покрівлі об’єктів, що захищаються, за умови, що забезпечена електрична неперервність між її частинами, товщина металу покрівлі становить не менше 0,5 мм, якщо її не обов’язково захищати від пошкоджень і немає небезпеки займання горючих матеріалів, що знаходяться під покрівлею; покрівля не має ізоляційного покриття; 

2) металеві конструкції даху (ферми, з’єднана сталева арматура);

3) металеві елементи типу водостічних труб, прикрас, огорож по краю даху тощо, якщо їх переріз не менше визначених значень;

4) технологічні металеві труби і резервуари, якщо вони виконані з металу товщиною не менше 2,5 мм і проплавлення або пропалювання 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 є небезпечним.

Спеціально встановлені блискавкоприймачі:

– стрижньовий (одиничний, подвійний, довільної комбінації);

– тросовий (одиничний, подвійний, замкнутий, 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 зі сталі будь-якої марки, залізобетону або дерева відповідно до проведених розрахунків. 

Стандартною зоною захисту одиничного стрижньового блискавковідводу висотою  є круговий конус висотою <, вершина якого співпадає з вертикальною віссю блискавковідводу (рис. 10.11). На рис. 10.11 застосовано наступні позначення:  – висота блискавковідводу,  – висота конуса,  – радіус конуса на рівні землі,  – радіус горизонтального перерізу на висоті .

Габарити зони захисту одиничного стрижньового блискавковідводу визначаються за формулами  таблиці 10.7, придатними для блискавковідводів висотою до 150 м. Якщо блискавковідвід є вищим за 150 м, слід користуватися спеціальною методикою розрахунку.

Для зони захисту необхідної надійності одиничного стрижньового блискавковідводу радіус горизонтального перерізу  на висоті  визначається за формулою:

  .                                    (10.15)

Рис 10.11 – Зовнішній вигляд стандартної зони захисту одиничного стрижньового блискавковідводу

Таблиця 10.7 – Математичні формули для розрахунку геометричних розмірів зони захисту одиничного стрижньового блискавковідводу

Стрижньовий блискавковідвід вважається подвійним, якщо відстань між стрижньовими блискавкоприймачами L не перевищує граничної величини Lmax. В іншому випадку обидва блискавковідводи розглядаються як одиничні.

Зовнішній вигляд стандартної зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу приведено на рис. 10.12. На рис. 10.12 застосовано наступні позначення: L – відстань між блискавковідводами, h – висота блискавковідводу, h0 – максимальна висота зони захисту безпосередньо біля блискавковідводу,     r0  – радіус конуса на рівні землі, rх – максимальна напівширина зони в горизонтальному перерізі на висоті hx, hс – мінімальна висота зони захисту посередині між блискавковідводами, rс – ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами на рівні землі, rсх – ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами в горизонтальному перерізі на висоті hx.

Рис. 10.12 – Зовнішній вигляд стандартної зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу

Побудова зовнішніх областей зон подвійного стрижньового блискавковідводу (напівконусів із габаритами h0, r0) виконується за формулами таблиці 10.7 для одиничних стрижньових блискавковідводів. Розміри внутрішніх областей визначаються параметрами h0 і hс, перший з яких задає максимальну висоту зони безпосередньо біля блискавковідводів, а другий — мінімальну висоту зони посередині між блискавковідводами. За відстані між блискавковідводами L ≤ Lc межа зони не має провисання   (hc = h0).  Для відстаней Lс≤ L ≤ Lmax висота hс визначається за формулою:

   .                                            (10.16)

Граничні відстані Lmax і Lc обчислюються за емпіричними формулами, приведеними в таблиці 10.8, придатними для блискавковідводів висотою до 150 м. Якщо блискавковідвід є вищим за 150 м, слід користуватися спеціальною методикою розрахунку.

Таблиця 10.8 – Математичні формули для розрахунку геометричних розмірів зони захисту подвійного стрижньового блискавковідводу

Розміри горизонтальних перерізів зони захисту визначаються за наступними формулами, загальними для всіх рівнів надійності захисту:

– максимальна напівширина зони rх в горизонтальному перетині на висоті hx  визначається за формулою (10.15);

– довжина горизонтального перерізу lx  дорівнює

на висоті hx ≥ hc:

   ,                                         (10.17)

при   hx < hc                       

 lx = L / 2;                                               (10.18)

– ширина горизонтального перерізу в центрі між блискавковідводами 2rсх на висоті hx ≤ hc :

      .                                     (10.19)

Тросовий блискавкоприймач виконується зі сталевого троса перерізом не менше 50 мм2 або мідного троса перерізом не менше 35 мм2. Опори тросових блискавковідводів повинні розраховуватись на механічну міцність з урахуванням натягу троса і впливу на нього навантаження вітру та ожеледиці. 

Стандартна зона захисту одиничного тросового блискавковідводу висотою h обмежена симетричними двосхилими поверхнями, що створюють у вертикальному перерізі рівнобедрений трикутник з вершиною на висоті h0 < h і основою на рівні землі  (рис. 10.13). На рис. 10.13 застосовано наступні позначення: h – мінімальна висота троса над рівнем землі, h0  – висота конуса, r0 – радіус конуса на рівні землі, rx – напівширина зони захисту на висоті hх від поверхні землі, L – відстань між точками підвіщування тросів. 

Рис. 10.13 – Зовнішній вигляд стандартної зони захисту одиничного тросового блискавковідводу

Габарити зони захисту одиничного тросового блискавковідводу визначаються за формулами  таблиці 10.9, придатними для блискавковідводів висотою до 150 м. Якщо блискавковідвід є вищим за 150 м, слід користуватися спеціальною методикою розрахунку.

Напівширина rx зони захисту необхідної надійності одиничного тросового блискавковідводу на висоті hх від поверхні землі визначається за формулою (10.15).

Тросовий блискавковідвід вважається подвійним, якщо відстань між тросами L не перевищує граничної величини Lmax. В іншому випадку обидва блискавковідводи розглядаються як одиничні. Стандартна зона захисту подвійного тросового блискавковідводу приведена на рис. 10.14. На рис. 10.14 застосовано наступні позначення:  L – відстань між тросами, h – мінімальна висота троса над рівнем землі, h0 – максимальна висота  зони захисту безпосередньо біля тросів, r0 – радіус конуса на рівні землі, hс – мінімальна висота зони захисту посередині між тросами.

Таблиця 10.9 – Математичні формули для розрахунку геометричних розмірів зони захисту одиничного тросового блискавковідводу

Рис. 10.14 – Зовнішній вигляд стандартної зони захисту подвійного тросового блискавковідводу

Побудова зовнішніх областей зон (двох односхилих поверхонь із габаритами h0, r0) виконується за формулами таблиці 10.9 для одиничних тросових блискавковідводів.

Розміри внутрішніх областей визначаються параметрами h0 і hс, перший з яких задає максимальну висоту зони безпосередньо біля тросів, а другий – мінімальну висоту зони посередині між тросами. За відстані між тросами L ≤ Lc  межа зони не має провисання (hс = h0). Для відстаней Lc ≤ L ≤ Lmax  висота hc  визначається за формулою (10.16).

Граничні відстані Lmax і Lc розраховуються за емпіричними формулами таблиці 10.10, придатними для тросів із висотою підвішування до 150 м. Якщо блискавковідвід є вищим за 150 м, слід користуватися спеціальною методикою розрахунку.

Таблиця 10.10 – Математичні формули для розрахунку геометричних розмірів зони захисту подвійного тросового блискавковідводу

Довжина горизонтального перерізу зони захисту lx на висоті hx визначається: 

– при 0 < hc < hx  за формулою (10.17);

– при   hc ≥ hx за формулою (10.18).

Розташування замкнутого тросового блискавковідводу приведено на рис. 10.15. На рис. 10.15 застосовано наступні позначення:  – висота замкнутого тросового блискавковідводу,  – висота об’єкта,  – горизонтальний зсув між блискавковідводом і об’єктом. Під висотою замкнутого тросового блискавковідводу мається на увазі мінімальна відстань від троса до поверхні землі з урахуванням можливих провисань у літній сезон.

Рис 10.15  – Розташування замкнутого тросового блискавковідводу

Для розрахунку висоти замкнутого тросового блискавковідводу використовується формула:

,                                  (10.20)

в якій константи  і  визначаються залежно від рівня надійності захисту за наступними формулами: 

–  за надійності захисту :

,          (10.21)

;  (10.22)

–  за надійності захисту :

,       (10.23)

,        (10.24)

де  – площа об’єкта, [м2]. 

Розрахункові формули (10.20)–(10.24) є справедливими при D > 5 м. Робота з меншими горизонтальними зсувами троса є недоцільною через високу імовірність зворотних перекриттів блискавки з троса на об’єкт, що захищається. З економічних міркувань замкнуті тросові блискавковідводи не рекомендується застосовувати, коли необхідна надійність захисту менше 0,99.

Розрахункові формули (10.20)–(10.24) для визначення геометричних розмірів зони захисту замкнутого тросового блискавковідводу можуть використовуватися при висотах об’єктів  <30 м. Якщо висота об’єкта перевищує 30 м, слід користуватися спеціальною методикою розрахунку. 

Захисна сітка виконується зі сталі перерізом не менше 50 мм2 (що відповідає сталевому колу діаметром 8 мм), або з алюмінію перерізом не менше 70 мм2 (що відповідає алюмінієвому колу діаметром 9,5 мм), або з міді перерізом не менше 35 мм2 (що відповідає алюмінієвому колу діаметром 6,7 мм).  Захисна сітка захищає поверхню, якщо:

– крок чарунок сітки для І РБЗ – не більше 5 м, для ІІ та ІІІ РБЗ – не більше 10 м, для ІV РБЗ – не більше 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 вищих, ніж радіус фіктивної сфери, захищені блискавковідводами або сіткою;

• сітку виконано 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 необхідно прокладати, наскільки це можливо, найкоротшими шляхами.

Для визначення розмірів зон захисту блискавковідводів, крім приведених вище електрогеометричних формул, можна користуватися методом захисного кута та методом сфери, що котиться. Порядок застосування цих методів описано у спеціальній літературі.

Струмовідвід. Струмовідвід – частина блискавковідводу, призначена для відведення струму блискавки від блискавкоприймача до заземлювача.

Струмовідводи бувають природними та спеціально передбаченими, ізольованими й 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 струмовідводами вважають такі конструктивні елементи будівель:

а) металеві конструкції за умови, що електрична неперервність між різними елементами є довговічною й вони мають не менший переріз, ніж потрібно для спеціально передбачених струмовідводів;

б) металевий каркас будівлі або споруди;

в) з’єднана між собою сталева арматура будівлі або споруди;

г) частини фасаду, профільовані елементи й опорні металеві конструкції фасаду за умови, що їх переріз не менше ніж для спеціально передбачених струмовідводів, а їх товщина становить не менше 0,5 мм.

Металева арматура залізобетонних будівель  забезпечує електричну неперервність, якщо вона задовольняє наступним умовам:

-       приблизно 50 % з’єднань вертикальних і горизонтальних стрижнів виконано зварюванням або мають жорсткий зв’язок (болтове кріплення, в’язання дротом);

-       електрична неперервність забезпечена між сталевою арматурою різних заздалегідь заготовлених бетонних блоків і арматурою бетонних блоків, підготовлених на місці.

Спеціально передбачені струмовідводи виконуються зі сталі перерізом не менше 50 мм2 (що відповідає сталевому колу діаметром 8 мм), або з алюмінію перерізом не менше 25 мм2 (що відповідає алюмінієвому колу діаметром 5,6 мм), або з міді перерізом не менше 16 мм2 (що відповідає мідному колу діаметром 4,5 мм).

Якщо блискавкоприймач стрижньовий, 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 змозі їх прокладають поблизу кутів будівель. Струмовідводи слід розташовувати по периметру об’єкта, що захищається, так, щоб середня відстань між ними була не більше наступних значень: для І РБЗ – не більше 10 м, для ІІ РБЗ – не більше 15 м, для ІІІ РБЗ – не більше 20 м, для ІV РБЗ – не більше 25 м.

Струмовідводи слід з’єднувати горизонтальними поясами поблизу поверхні землі і через кожні 20 м по висоті будівлі. 

 Не слід прокладати струмовідводи у водостічних трубах. Струмовідводи,  які прокладаються по зовнішніх стінах будівель, слід розміщувати не ближче, ніж 3 м від входів або в місцях, недоступних для доторкання людей.

Неізольовані від об'єкта струмовідводи слід прокладати таким чином:

-       якщо стіну виконано з негорючого матеріалу, струмовідводи можуть бути закріплені на поверхні стіни або проходити у стіні;

-       якщо стіну виконано з горючого матеріалу, струмовідводи можуть бути закріплені безпосередньо на поверхні стіни так, щоб підвищення температури при протіканні струму блискавки не являло собою небезпеки для матеріалу стіни;

-       якщо стіну виконано з горючого матеріалу і підвищення температури струмовідводів являє для неї небезпеку, струмовідводи необхідно розташовувати так, щоб відстань між ними й об’єктом, що захищається, завжди перевищувала 0,1 м. Металеві скоби для кріплення струмовідводів можуть бути у контакті зі стіною.

Заземлювач. Заземлювач – частина блискавковідводу, провідна частина або сукупність з’єднаних між собою провідних частин, які перебувають в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище, наприклад, бетон.

Заземлювачі бувають природними та штучними. В усіх випадках рекомендується застосовувати природні заземлювачі. Штучні заземлювачі застосовуються у випадках, якщо не є можливим застосування природних заземлювачів. При цьому штучний заземлювач не розраховується, а виконується стандартної конструкції.

Природні заземлювачі – металеві і залізобетонні конструкції будівель, споруд, зовнішніх установок, опор блискавковідводів, що стоять окремо, тощо, які перебувають у контакті із землею, у тому числі залізобетонні фундаменти в неагресивних, слабо-агресивних і середньо-агресивних середовищах за умови забезпечення неперервного електричного зв’язку по їх арматурі і приєднання її до закладних деталей за допомогою зварювання.

Бітумні і бітумно-латексні покриття не є перешкодою для такого використання фундаментів.  В сильно-агресивних середовищах, де захист залізобетону від корозії виконується полімерними матеріалами, а також у разі вологості ґрунту менш ніж 3 %  використовувати залізобетонні фундаменти як заземлювачі блискавкозахисту не допускається. Не слід також використовувати як заземлювачі залізобетонні конструкції з попередньо напруженою арматурою.

Для блискавковідводів І і ІІ РБЗ, що стоять окремо, доцільно використовувати наступні конструкції природних заземлювачів:

-   один (і більше) залізобетонний підніжник за розмірами, не меншими ніж 2,2 м – довжиною, 0,4 м х 0,4 м – у верхній (надземній) частині і 1,8 м х 1,8 м у нижній (підземній) частині, заглибленій у землю не менш ніж на 2 м;

-   одна (і більше) залізобетонна паля або опора діаметром не менш ніж 0,25 м, заглиблена в землю не менш ніж на 5 м;

-   залізобетонний фундамент довільної форми з площиною контакту із землею не менш ніж 10 м2.

Штучні заземлювачі блискавковідводів, що стоять окремо: 

-   для І і ІІ РБЗ – заземлювач, який складається з трьох і більше вертикальних електродів довжиною не менш ніж 3 м, об’єднаних горизонтальним електродом і  відстанню між ними не менш ніж 3 м;

-   для ІІІ РБЗ – заземлювач, який складається мінімум з двох вертикальних електродів довжиною не менш ніж 3 м, об’єднаних горизонтальним електродом і відстанню  між ними не менш ніж 3 м;

-    для ІV РБЗ – заземлювач, який складається з одного вертикального або горизонтального електрода довжиною 2÷3 м, прокладеного на глибині не менш ніж 0,5 м.

Штучні заземлювачі для блискавковідводів, які мають блискавкоприймачі із сіток або металевої покрівлі, по периметру будівлі або споруди слід прокладати в землі на глибині не менш ніж 0,5 м зовнішній контур зі штучних горизонтальних заземлювачів. У ґрунтах з еквівалентним питомим опором ρ ≤500 Ом·м у разі площі будівлі менше 250 м2  до цього контуру в місцях приєднання струмовідводів для І і ІІ РБЗ приварюється по одному вертикальному або горизонтальному променевому електроду довжиною 2÷3 м. У ґрунтах з еквівалентним питомим опором  500 <ρ ≤ 1000 Ом·м у разі площі будівлі менше 900 м2  до зовнішнього контуру з горизонтальних електродів у місцях приєднання струмовідводів для І і ІІ РБЗ слід приварити не менше двох вертикальних або горизонтальних променевих електродів довжиною 2÷3 м на відстані 3÷5 м один від одного, а в місцях приєднання струмовідводів для ІІІ РБЗ слід приварити по одному вертикальному або горизонтальному променевому електроду довжиною 2÷3 м.

Штучні заземлювачі слід розміщувати під асфальтовим покриттям на відстані не менше  1 м від стін або в місцях, в яких звичайно не перебувають люди (на газонах, на відстані до 5 м і більше від ґрунтових проїжджих і пішохідних доріг).

У всіх випадках, за винятком використання блискавковідводу, що стоїть окремо, заземлювач блискавкозахисту слід суміщати із заземлювачами електроустановок і засобів зв’язку. Якщо ці заземлювачі повинні бути розділені з будь-яких технологічних міркувань, їх слід об’єднати в загальну систему за допомогою системи зрівнювання потенціалів.

Штучний заземлювач виконується зі сталі перерізом не менше 100 мм2 (що відповідає сталевому колу діаметром 11,3 мм) або міді перерізом не менше 50 мм2 (що відповідає мідному колу діаметром 8 мм).  

Штучний заземлювач необхідно перевіряти щорічно перед початком грозового сезону. Опір заземлювача блискавкозахисту не повинен перевищувати результатів відповідних вимірів під час приймання блискавкозахисту в експлуатацію більш ніж у 5 разів.

Порядок розрахунку блискавкозахисних пристроїв. Розраховуються окремо зовнішня блискавкозахисна система та внутрішня блискавкозахисна система. 

Рекомендується наступний порядок розрахунку зовнішньої блискавкозахисної системи (системи, що забезпечує захист від ПУБ):

1. Класифікувати об’єкт за блискавкозахистом: звичайний або спеціальний (пп. 4.2.1, 4.2.2 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38).
2. Визначити середньорічну тривалість гроз для заданого міста України (карта Додатка Б до національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38); визначити щільність ударів блискавок  на 1 км2  земної поверхні за рік (формула з пункту 4.4 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38); визначити, чи є об’єкт зосередженим, прямокутної форми або протяжним та розрахувати очікувану кількість уражень об’єкта блискавками за рік за формулами (4.1)–(4.3) національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38.
3. Визначити РБЗ об’єкта, необхідний за вимогами (таблиця Додатка А до національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38).
4. Визначити надійність, необхідну за вимогами, захисту від ПУБ (п. 6.1.5 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38).
5. Обрати вид блискавкоприймача (природний або спеціально встановлений).  
6. Розрахувати параметри блискавкоприймача (висоту, місце розташування) та побудувати креслення зони захисту. При цьому можна використати електро-геометричні формули національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 та методи ІЕС 62305 (метод сфери, що котиться; метод захисного кута; метод захисних сіток).
7. Визначити параметри заземлювача, місця розташування струмовідводів тощо.

Рекомендується наступний порядок розрахунку внутрішньої блискавкозахисної системи (системи, що забезпечує захист від вторинних дій блискавки):

1. Визначити межі зон захисту від вторинних дій блискавки (0А, 0В, 1, 2 тощо).
2. Визначити порядок екранування на межах зон захисту від вторинних дій блискавки, улаштування системи вирівнювання потенціалів та обладнання електричних мереж ПЗІП.

Приклад розрахунку блискавкозахисних пристроїв. Розрахувати блискавкозахист залізобетонної будівлі насосної з перекачування бензину з плоским дахом (покрівля – руберойд), розташованої в м. Харків. Насосна обладнана примусовою припливно-витяжною системою вентиляції. Ввід мережі живлення кабельний, підземний. Розміри будівлі: ширина S=18 м; довжина L=18 м; висота hоб=3 м.

Розв’язання:

Система блискавкозахисту будівлі повинна включати зовнішній та внутрішній блискавкозахист. Спочатку розрахуємо зовнішню блискавкозахисну систему, яка забезпечує захист від ПУБ.

Класифікуємо об’єкт за блискавкозахистом.

Небезпечною речовиною, що обертається у приміщенні насосної по перекачці бензину, є бензин. З довідника (наприклад, Пожаровзрывоопасность  веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: В 2-х кн./ А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко,  Г.Н. Кравчук  и  др.) дізнаємося, що бензини усіх марок є легкозаймистими безкольоровими рідинами з температурою спалаху, значно меншою за 61ºС. Насосне обладнання повинно бути герметичним; насосна обладнана примусовою припливно-витяжною вентиляційною системою, тому вважаємо, що вибухонебезпечне середовище за нормальних умов експлуатації відсутнє, а може утворитися тільки у випадку аварії насосів. Припускаючи при цьому найгірший випадок, коли надлишковий тиск вибуху внаслідок розрахункової аварії є більшим за 5 кПА (>5 кПа), робимо висновок, що у приміщенні має місце вибухонебезпечна зона класу 2 – простір, в якому вибухонебезпечне середовище за нормальних умов експлуатації відсутнє, а якщо воно виникає, то рідко і триває недовго (згідно з п. 4.5.4 нормативного документа НПАОП 40.1-1.32). 

Таким чином об’єкт являє собою небезпеку для безпосереднього оточення та відноситься за блискавкозахистом до спеціальних об’єктів (п. 4.2.2 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38).

Розраховуємо очікувану кількість уражень об’єкта блискавками за рік, виходячи з того, що він розташований у м. Харків.

З рис. Додатка Б національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38  визначаємо середню річну тривалість гроз для м. Харків: . Визначаємо щільність ударів блискавок у землю за формулою пункту 4.4 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38:

.                (10.25)

Насосна має прямокутну форму. Визначаємо очікувану кількість уражень об’єкта блискавкою за рік за формулою (4.2) національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38:

.                (10.26)

Враховуючи, що клас зони приміщення за ПУЕ – 2 та , за пунктом 2 таблиці Додатка А до національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 рівень блискавкозахисту, що є необхідним за вимогами ДСТУ Б В.2.5-38 для будівлі, – ІІ.

Відповідно до п. 6.1.5 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 надійність захисту від прямих ударів блискавки для об’єктів ІІ рівня блискавкозахисту становить 0,95÷0,99.

Обираємо вид блискавкоприймача – одиничний стрижньовий. 

За нормальних режимів роботи у приміщенні насосної не можуть утворюватися вибухонебезпечні концентрації парів. Тому відповідно до пунктів 6.1.2. та 6.1.3 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38  можна встановити блискавковідвід безпосередньо на об’єкті, що захищається. Розташовуємо блискавкоприймач у геометричному центрі вигляду будівлі зверху.

З таблиці 10 та п. 7.2.3 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38  для  надійності захисту РЗ=0,99 та за висоти блискавковідводу до 30 м параметри зони захисту для одиничного стрижньового блискавковідводу висотою h наступні:

– висота конуса: ;

– радіус конуса на рівні землі: ;

– радіус горизонтального перерізу rх  на висоті hx: . 

З геометричних міркувань на висоті  зона захисту повинна мати радіус не менше . Тоді:

,                (10.27)

.                                (10.28)

Приймаємо висоту блискавковідводу із запасом, а саме: . Тоді зона захисту має розміри:

– висота конуса: ;

– радіус конуса на рівні землі: ;

– радіус горизонтального перерізу rх на висоті hx =3 м:

 >12,8 м.

Тобто будівля повністю захищена блискавковідводом. 

Ескіз зони захисту приведено на рис. 10.16.

Рис. 10.16 – Ескіз зони захисту до прикладу розрахунку блискавкозахисних пристроїв

Для матеріалу блискавко-приймача вибираємо сталеве коло діаметром 15 мм (переріз 177 мм2>50 мм2 – вимога таблиці 7 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 щодо мінімально припустимого перерізу блискавкоприймача виконується).

Для матеріалу струмо-відводу вибираємо сталеве коло діаметром 10 мм (переріз 
79 мм2>50 мм2 – вимога таблиці 7 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 щодо мінімально припустимого перерізу струмовідводу виконується). 
         З урахування вимог п. 6.4.1 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38 приймаємо два струмовідводи, які прокладаємо зовні будівлі у повітрі у місцях не ближче ніж 3 м від входів або в місцях, не доступних для доторкання людей (вимоги п. 6.4.8 національного стандарту ДСТУ Б В.2.5-38).

Як заземлювач використовуємо штучний заземлювач захисного заземлення, що відповідає вимогам пункту 6.5.6 національного стандарту 
ДСТУ Б В.2.5-38.

Для захисту від корозії блискавкоприймача та струмовідводів фарбуємо їх у сірий колір атмосферостійкою емаллю ПФ-115с у два шари після ґрунтування поверхонь ґрунтом ГФ-019 в один шар.

Розраховуємо внутрішню блискавкозахисну систему, яка забезпечує захист від вторинних дій блискавки.

Для насосної достатньо виділити 3 зони захисту від вторинних дій блискавки (0А, 0В, 1). На межах зон 0В та 1 необхідно вжити заходів щодо екранування і з’єднання всіх перетинаючих межу металевих елементів і комунікацій. 

Металева конструкція залізобетонної споруди може використовуватися як екран. Подібна екранна структура утворюється сталевою арматурою даху, стін, підлоги будівлі, а також металевими деталями даху, фасадів, сталевими каркасами, решітками. Ця екранувальна структура утворює електромагнітний екран з отворами (за рахунок вікон, дверей, вентиляційних отворів, чарунок сітки в арматурі, щілин у металевому фасаді, отворів для ліній електропостачання тощо). Для зменшення впливу електромагнітних полів всі провідні частини об’єкта електрично об’єднуємо і з’єднуємо із системою блискавкозахисту. 

На вводі підземної кабельної ліній встановлюємо ПЗІП класу В.

Порядок прийняття пристроїв блискавкозахисту в експлуатацію. Блискавкозахисні пристрої об’єктів після закінчення будівництва (реконструкції) приймаються в експлуатацію робочою комісією і передаються в експлуатацію замовнику до початку монтажу технологічного устаткування, завезення й завантаження в будівлі і споруди устаткування та цінного майна.

Склад робочої комісії визначається замовником. До складу робочої комісії можуть залучатися особи, відповідальні за електрогосподарство (від замовника), представники підрядної організації, представники органу державного пожежного нагляду.

Робочій комісії пред’являються наступні документи:

-       затверджені проекти улаштування блискавкозахисту;

-       акти на приховані роботи (щодо улаштування і монтажу заземлювачів і струмовідводів, не доступних для огляду);

-       акти випробувань пристроїв блискавкозахисту і захисту від вторинних проявів блискавки й занесення високих потенціалів через наземні і підземні металеві комунікації (дані про опір всіх заземлювачів, результати огляду і перевірки робіт щодо монтажу блискавкоприймачів, струмовідводів, заземлювачів, елементів їх кріплення, надійності електричних з’єднань між струмопровідними елементами тощо).

Робоча комісія проводить повну перевірку й огляд виконаних будівельно-монтажних робіт з монтажу блискавкозахисних пристроїв. Прийняття блискавкозахисних пристроїв об’єктів, що будуються, оформлюється актами приймання устаткування для пристроїв блискавкозахисту. Введення блискавкозахисних пристроїв в експлуатацію оформлюється, як правило, актами-допусками відповідних органів державного контролю і нагляду.

Після прийняття в експлуатацію пристроїв блискавкозахисту складаються паспорти блискавкозахисних пристроїв і паспорти заземлювальних пристроїв блискавкозахисту, які зберігаються у відповідального за електрогосподарство. Акти, затверджені керівником організації, разом з представленими актами на приховані роботи і протоколи вимірювань включаються в паспорт блискавкозахисних пристроїв.

Вимоги до експлуатації блискавкозахисних пристроїв. Завданням  експлуатації пристроїв блискавкозахисту об’єктів є підтримання їх у стані необхідної справності і надійності.

Для забезпечення постійної надійності роботи пристроїв блискавкозахисту щорічно перед початком грозового сезону проводяться перевірка й огляд всіх пристроїв блискавкозахисту. Перевірки здійснюють також після установки системи блискавкозахисту, після внесення будь-яких змін у систему блискавкозахисту, після будь-яких пошкоджень об’єкта, що захищається. Кожна перевірка проводиться відповідно до робочої програми.

Для проведення перевірки стану пристроїв блискавкозахисту вказується причина перевірки й організовуються комісія з проведення перевірки пристроїв блискавкозахисту із зазначенням функціональних обов’язків членів комісії з обстеження блискавкозахисту та робоча група з проведення необхідних вимірювань. Встановлюються терміни проведення перевірки.

Під час огляду і перевірки пристроїв блискавкозахисту рекомендується:

-       перевірити візуальним оглядом (за допомогою бінокля) цілісність блискавкоприймачів і струмовідводів, надійність їх з’єднання і кріплення до щогл;

-       виявити елементи пристроїв блискавкозахисту, які вимагають заміни або ремонту цих елементів унаслідок порушення їх механічної міцності;

-       визначити ступінь руйнування корозією окремих елементів пристроїв блискавкозахисту, вжити заходів щодо антикорозійного захисту і посилення елементів, пошкоджених корозією;

-       перевірити надійність електричних з’єднань між струмопровідними частинами всіх елементів пристроїв блискавкозахисту;

-       перевірити відповідність пристроїв блискавкозахисту призначенню об’єктів і, у разі наявності будівельних або технологічних змін за попередній період, намітити заходи щодо модернізації і реконструкції блискавкозахисту;

-       уточнити виконавчу схему пристроїв блискавкозахисту і визначити шляхи розтікання струму блискавки по її елементах при розряді блискавки;

-       виміряти опір заземлювачів блискавкозахисту. Отримані результати не повинні перевищувати результатів відповідних вимірів під час приймання блискавкозахисту в експлуатацію більш ніж у 5 разів;

-       перевірити наявність необхідної документації на пристрої блискавкозахисту.

Періодичному контролю з розкриттям протягом шести років піддаються всі штучні заземлювачі, струмовідводи й місця їх приєднань; при цьому щорічно проводиться перевірка до 20 % їх загальної кількості. Уражені корозією заземлювачі і струмовідводи за зменшення їх площі поперечного перерізу більш ніж на 25 % заміняють новими.

Позачергові огляди пристроїв блискавкозахисту слід проводити після стихійних лих (ураганний вітер, повінь, землетрус, пожежа) і гроз надзвичайної інтенсивності.

Позачергові виміри опору заземлення пристроїв блискавкозахисту слід проводити після виконання ремонтних робіт як на пристроях блискавкозахисту, так і на самих об’єктах, що захищаються, і поблизу них.

Результати перевірок оформлюються актами, заносяться у паспорти і журнал обліку стану пристроїв блискавкозахисту.

На підставі отриманих даних складається план ремонту й усунення дефектів пристроїв блискавкозахисту, знайдених під час оглядів і перевірок.

Під час грози роботи на пристроях блискавкозахисту і поблизу них не проводяться.