Молниезащита: вопрос - ответ

Эдуард Меерович Базелян – профессор, докт. техн. наук, заведующий лабораторией молниезащиты ЭНИН им. Г.М. Кржижановского. Автор целого ряда научных книг и статей по вопросам молниезащиты зданий и сооружений, в том числе «Физика молнии и молниезащиты», «Искровой разряд» и др.

1. Какая кровля больше «притягивает» молнии? Есть ли повышенные требования к молниезащите кровли из металла по отношению к кровле из битумной черепицы?

2. Какие существуют особенности системы молниеотвода для кровли из гибкой черепицы?

Э.М. Базелян:

Вопрос не так прост, как может показаться, и потому ответ на него не будет коротким.

Известно, что молния никогда не ударяет в наземные объекты. Если выполнить скоростную съемку, можно увидеть, что навстречу каналу молнии, формирующемуся от грозового облака, прорастает плазменный канал от какой-то точки наземного объекта. Его называют встречным лидером. Встреча каналов в воздухе над объектом, иногда на расстоянии в десятки метров от него, — это и есть удар молнии. Рост встречного лидера требует электрической энергии. Она нужна для ионизации и разогрева газа в объеме канала. В конечном итоге эта энергия поставляется за счет электрического тока, который протекает по самому каналу, потом по проводящим конструкциям объекта и, в конце концов, по земле.

Вполне закономерно предположение: чем ниже сопротивление конструктивных элементов здания, тем больший ток может по ним протекать, и тем быстрее будет расти встречный лидер. Естественно, что более длинный встречный лидер должен перехватывать более далекие молнии. Исследователи не раз пытались подтвердить эту гипотезу, но без практически значимых результатов. На деле, сопротивление связи объекта с землей (сопротивление заземления) всегда достаточно низкое (скажем, порядка 1000 Ом) и обеспечивает полноценный рост встречного лидера.

Представьте, что Вы без единого гвоздя смонтировали пластиковый купол. Вот такой молния действительно не заметит, ибо его изоляция будет очень совершенной. Правда, и здесь надо сделать оговорку. Материал купола не должен впитывать влагу. Иначе необходимое сопротивление заземления обеспечит мокрая ткань.

Теперь можно понять, почему материал кровельного покрытия не имеет особого значения. Пусть использована черепица. Сама по себе она хороший изолятор. Но при том высоком напряжении, которым оперирует молния, тонкая черепица будет перекрыта немедленно (еще быстрее будет перекрыт воздух в зазорах между наложенными друг на друга черепицами). Теперь для встречного лидера открыта свободная дорога вверх. А место старта найти нетрудно. При современном строительстве используется масса металлоконструкций. Нужная обязательно найдется на чердаке дома (трубы водо- и теплоснабжения, провода электрической сети, металлические фермы и балки). Замена металла на пластик ситуацию меняет слабо.

Теперь об особенностях молниезащиты. По современным требованиям металлическое покрытие толщиной от 0,5 мм на кровельном материале можно использовать в качестве молниеприемника. Для этой цели его требуется заземлить как минимум в двух точках. Однако есть одно серьезное ограничение. Под тонкой металлической кровлей не должно быть горючих строительных деталей (стропила, обрешетка и т.п.). Причина ограничения очевидна. В месте контакта металл будет проплавлен, а плитка разбита ударной волной. Сама молния на чердак не проникнет, но капля расплавленного металла упадет туда обязательно. Проследите за ее судьбой сами.

Наверное, Вы слышали, что для защиты крыши рекомендуется проволочная сетка с шагом ячеек 6х6 или 12х12 м2. Укладывать такую сетку на любой металл совершенно бессмысленно. Молния не заметит сетки. Чтобы не допустить удара молнии в кровлю, надо использовать стержневые или тросовые молниеотводы, правильно выбрав их высоту и место расположения.

Сетка на диэлектрической кровле безусловно полезна. Она с большей или меньшей надежностью защитит металлоконструкции и связанное с землей оборудование, что расположено на чердаке или на верхнем этаже здания. Обратите внимание на очень нечеткую формулировку в предыдущей фразе. Дело в том, что сетка стандартных размеров эффективна далеко не всегда. Обратитесь за консультацией к специалистам, чтобы быть уверенным в успехе. Еще одно замечание. Не так просто закрепить молниеприемники на крыше, покрытой современными кровельными материалами.

Загляните в каталоги известных фирм. Там есть номенклатура элементов для установки молниеприемников без повреждения кровли и без использования сварочных работ. Но иной раз советуют не вполне современные технологи.

3. Чем оборудование DEHN + SOHNE отличается от оборудования Obo Betterman?

Фирма «Стэллат»: Решения OBO BETTERMAN не имеют принципиальных отличий от предложений DEHN+SOHNE, что имеет вполне логичное объяснение: предприятия являются немецким производителем, работают в рамках одной концепции, законы физики и сопромата для всех одинаковы, поэтому и оптимальная форма молниеприемников не отличается.  Что касается материалов, то поиск наиболее подходящих неизбежно приводит к сплавам алюминия, оцинкованной и нержавеющей стали и меди. В связи с этим подробно рассматривать каждый раздел нет смысла. Единственное, что стоит отметить, что  на сегодняшний день в Липецке запущен Новый производственный центр международного Холдинга ОБО Беттерманн. Ввод в эксплуатацию нового завода ОБО Беттерманн позволит наладить производство системных решений для электромонтажа высочайшего качества, произведенных в России: кабеленесущих систем, систем молниезащиты и крепежных материалов. Также это позволит существенно сократить сроки поставки оборудования для России.

И возможно ли делать контур (сетку) молниезащиты под кровельным покрытием, например —

Э.М. Базелян: Согласно предписаниям «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87» (п. 2.11), молниезащитная сетка может укладываться под несгораемое или трудно сгораемое покрытие. Поскольку к категории таких покрытий относится и черепица, укладка под нее сетки принципиально возможна. Однако следует иметь в виду, что прорыв канала молнии сквозь черепицу к сетке будет сопровождаться воздействием ударной волны, которая, скорее всего, расколет несколько плиток в месте удара. Значительно надежнее разместить молниезащитную сетку поверх черепицы. Для ее крепления на диэлектрическом покрытии предлагаются очень удобные зажимы и держатели, которые никак не повредят черепицы.

4. Какая молниезащита ставится на медную кровлю?

Э.М. Базелян: Сорт металла металлической кровли не влияет на защитное действие молниеотводов, поэтому для медной кровли можно применять те же молниезащитные средства, что и для любой другой. Начинать надо с решения вопроса о возможности использования кровли в качестве молниеприемника. Четкие указания на этот счет содержатся в нормативном документе РФ «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (п. 3.2.1.2). Если удар в медную кровлю не допускается, для ее защиты надо использовать стержневые и (или) тросовые молниеотводы. Правила расчета их зон защиты представлены в п. 3.3 указанной выше инструкции. Ни в коем случае не следует укладывать на медную кровлю молниезащитную сетку. В таком исполнении сетка практически не обладает защитным действием.

Учитывать сорт металла приходится при проектировании системы присоединения кровли к земле и при выборе арматуры для крепления на крыше каких-либо других элементов молниезащиты. Намеченные к использованию металлы должны быть совместимыми в электрохимическом отношении и не провоцировать интенсивную коррозию. Желательно ориентироваться на однотипный металл.

В Казахстане вышли новые нормы проектирования молниезащиты. Она (молниезащита) должна быть активной и производства Франции. Что-нибудь у вас в России про это было? Вроде попытались в 2003-м ввести приказом Минэнерго России 30.06.2003 г. № 280 CO-153-34.2I.122-2003. Насколько, на Ваш взгляд, эффективна активная молниезащита?

Э.М. Базелян: Неэтично вмешиваться в техническую политику суверенного государства и критиковать директивы его контролирующих органов. Поэтому я не берусь обсуждать ваши нормы по молниезащите. Полагаю, они в какой-то степени дублируют французский норматив, где рекомендуются активные молниеотводы. В этом отношении Франция одинока. Ни в российских нормативах, ни в стандарте МЭК IEC 62305, ни в нормах США применение активных молниеотводов не допускается. Точнее – они могут использоваться, но без расширения зоны защиты, т.е. как обычный стержень заданной высоты. Причина столь скептического отношения проста. Ни численное моделирование, ни натурные полевые исследования, ни лабораторные эксперименты не подтвердили эффективности воздействия на молнию активных молниеотводов. Подробную статью об активных молниеотводах можно найти на сайте российской фирмы «Амнис», которая специализируется в практической молниезащите. Можно также порекомендовать статью: Александров Н.Л., Базелян Э.М, Райзер Ю.П. «Роль коронного разряда в ориентировке молнии» (журнал «Физика плазмы», 2005, т. 31, № 1).

В заключение скажу, что мне не известен ни один серьезный специалист по физике молнии, который бы одобрил идею сегодняшних активных молниеотводов.

5. УЗИП — или нужна ли внутренняя молниезащита

Фирма «Стэллат»: Но технический прогресс не стоит на месте и на сегодняшний день каждый дом буквально напичкан электроникой. И её нужно защищать от импульсных перенапряжений. Импульсное перенапряжение — это кратковременные всплески напряжения до нескольких тысяч вольт, которые длятся нано и микросекунды. Глазом заметить не возможно, но при этом они обладают разрушительным действием на полупроводниковые элементы бытовой и промышленной техники.

Стоимость правильно выполненной молниезащиты относительно не велика.

Давайте прикинем стоимость электроники, которая может присутствовать в доме, и она будет составлять не менее 150 000 рублей, а в среднем эта цифра колеблется от 200 до 300 тысяч рублей. Предположим, что стоимость ремонта будет составлять всего 5% от стоимости аппаратуры и может составить от 10 до 15тыс. руб. Но это только один раз, а система молниезащиты устанавливается один раз и работает многократно, т. е. она не одноразовая. Так что заплатить один раз за правильную молниезащиту или периодически ремонтировать электронику решать Вам. И в заключении стоит отметить, что во вводной распределительный щит при воздушном вводе лучше не устанавливать УЗИП II-класса, дабы не столкнуться с более серьезными проблемами.