CC BY
168
УДК 699.88
Е. Н. Быстров, О. И. Тихомиров
ВАРИАТИВНЫЙ ПОДХОД К УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Дата поступления: 29.1 1.2016 Решение о публикации: 19.12.2016
Цель: Разработка направлений совершенствования методической базы по молниезащи-те зданий, сооружений и технических объектов. Методы: Анализ литературных данных и нормативной документации. Результаты: Обоснована идея о большой роли правильного выбора типа и конструкции системы молниезащиты в обеспечении безопасности объектов и оборудования, находящихся в нем. Выделяются и описываются характерные особенности нормативных документов по устройству молниезащиты: СО 153-34.21.122-2003 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» и РД 34.21.122-87 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений». Особое внимание уделено условиям применения рассмотренных нормативных документов, а именно: обе инструкции носят рекомендательный характер и до выхода или принятия соответствующего нормативного документа могут равноправно использоваться при решении задач по защите зданий и сооружений от атмосферных перенапряжений. При проектировании защитных мер от прямого удара молнии могут использоваться положения любой из упомянутых инструкций или их комбинация. Международной электротехнической комиссией разработан стандарт МЭК 62305:2010 «Защита от удара молнии», состоящий из четырех частей, в которых изложены основные принципы построения систем молниезащиты зданий (сооружений), методика оценки риска от поражения ударом молнии, меры защиты, необходимые для уменьшения повреждения зданий (сооружений) и находящегося внутри оборудования. В статье отмечены направления совершенствования методической базы проектирования систем молниезащиты зданий и сооружений от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Практическая значимость: Разработка единого нормативного документа по молниезащите обеспечит безопасность как зданий, сооружений и технических объектов, так и населения.
Молниезащита, удар молнии, техническое устройство, нормативный документ.
Eugenie N. Bystrov, senior lecturer; Oleg I. Tichomirov, Cand. Sci (Eng.), assoc. professor, (Petersburg State Transport University) FLEXIBLE APPROACH TO LIGHTNING PROTECTION DEVICE OF BUILDINGS, CONSTRUCTIONS AND TECHNICAL OBJECTS
Objective: The development of improvement directions for methodical base of lightning protection of buildings, constructions and technical objects. Methods: Analysis of literary data
and normative documents. Results: The article substantiates the idea that the correct choice of type and design of lightning protection system plays an important role in ensuring the safety of facilities and equipment in it. Allocated and describes the characteristics of normative documents for the installation of lightning protection act SO 153-34.21.122-2003 "Instructions for installation of lightning protection of buildings, constructions and industrial communications" and RD 34.21.122-87 "Instruction on installation of lightning protection of buildings and structures". Special attention is paid to the conditions of application of the considered regulatory documents, namely both statements are advisory in nature and to withdrawal or regulation can equal be used in the solution of the task of protecting buildings and structures against atmospheric overvoltage. In the design of protective measures against direct lightning strike can be used in the situation of any of these instructions or a combination thereof. The international electrotechnical commission developed the standard IEC 62305:2010 "Protection against lightning", consisting of four parts, which set out the basic principles of lightning protection systems of buildings (structures), risk assessment methodology from defeat by a lightning strike, the protective measures necessary to reduce the damage of buildings (buildings) and inside the equipment. The article noted the directions of improvement the methodological base of designing of lightning protection systems of buildings and structures against atmospheric and switching overvoltage's. Practical importance: The development of a single instrument would ensure the safety of buildings, constructions and technical facilities and close proximity to resident population.
Lightning protection, stroke of lightning, technical equipment, normative document.
Молния - это электрический разряд в воздушном пространстве, возникающий между грозовым облаком и землей или между грозовыми облаками и состоящий обычно из нескольких импульсов тока. Прямой удар молнии (ПУМ) в здание (сооружение) или вблизи него является источником опасности для жизни и здоровья людей, сохранности здания (сооружения), его содержимого и инженерных сетей. Поэтому разработка и применение мер защиты от молний является важной и ответственной задачей [6]. Помимо непосредственной опасности прямого удара молнии существует и опасность вторичного воздействия молнии, которое, кроме создания пожароопасной ситуации на объекте, может привести к выходу из строя оборудования за счет возникших перенапряжений (занесенных высоких потенциалов импульсного характера). Устройство внешней молниезащиты предназначено для непосредственной канализации тока молнии по специально подготовленным путям. Внутренняя система предназначена для защиты от вторичного воздействия молнии в виде электростатической и электромагнитной индукции, а также для исключения искрения в местах соединений металлических коммуникаций. Таким образом, правильный выбор типа и конструкции системы молние-защиты играет большую роль в обеспечении безопасности объектов и оборудования, в них находящегося. Примерное распределение тока молнии при прямом ударе в здание, представленное на рис. 1, позволяет сделать вывод об уровне опасности прямого удара молнии в здание и его влиянии на производственное оборудование, расположенное в нем.
Нормативная документация по молниезащите в Российской Федерации
В Российской Федерации из нормативных документов по устройству молниезащиты действуют СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» [9] и РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» [7].
Согласно разъяснению Ростехнадзора обе инструкции носят рекомендательный характер и до выхода или принятия соответствующего нормативного документа могут равноправно использоваться при решении задач по защите зданий и сооружений от атмосферных перенапряжений. При проектировании защитных мер от прямого удара молнии могут использоваться положения любой упомянутой инструкции или их комбинация.
Рис. 1. Примерное распределение тока при прямом ударе молнии в объект
Международной электротехнической комиссией (МЭК) разработан стандарт МЭК 62305:2010 «Защита от удара молнии», состоящий из четырех частей, в которых изложены основные принципы построения систем молниезащиты зданий (сооружений), методика оценки риска от поражения ударом молнии, меры защиты, необходимые для уменьшения повреждения зданий (сооружений) и находящегося внутри оборудования.
В Российской Федерации «русифицированы» две из четырех частей МЭК 62305:2010:
• ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы». Идентичен МЭК 62305-1:2010;
• ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска». Идентичен МЭК 62305-2:2010.
Не имеют российских аналогов третья и четвертая части МЭК 62305:
2010:
• МЭК 62305-3:2010 Защита от молнии. Часть 3. Физические повреждения зданий, сооружений и опасность для жизни [5];
• МЭК 62305-4:2010 Защита от атмосферного электричества. Часть 4. Электрические и электронные системы внутри зданий и сооружений.
До утверждения третьей и четвертой частей этого стандарта рекомендуется использовать их перевод на русский язык (перевод данных международных стандартов находится в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов).
В МЭК 62305-3:2010 определены меры защиты, необходимые для уменьшения повреждения зданий (сооружений) и снижения опасности для жизни и здоровья находящихся в них людей. Этот стандарт устанавливает требования к выбору и типу конструкции молниезащиты от прямого удара молнии. С точки зрения устройства внешней молниезащты зданий и сооружений он является основным.
Взаимосвязь частей стандарта МЭК 62305:2010 по применению мер защиты от молнии приведена на рис. 2.
Рис. 2. Взаимосвязь стандарта МЭК 62305 по применению мер защиты от молнии
Таким образом, в Российской Федерации нет единого нормативного документа, регламентирующего устройство молниезащиты. Каждый из приведенных документов, отражающих требования к устройству молниезащиты, хорош по-своему, но имеет и свои недостатки.
Достоинства и недостатки нормативных документов по молниезащите
РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (далее Инструкция 87) позволяла спроектировать систему молниезащиты таким образом, чтобы в достаточной мере защитить объект от первичных проявлений молнии: прямых ударов молнии, перекрытий.
Дана четкая система выбора типа технического устройства защиты в зависимости от категории здания по пожарной и взрывопожарной опасности и интенсивности грозовой деятельности (вероятного количества прямых ударов молнии в объект). Но практически не отражены требования к системам защиты разновысоких зданий и сооружений, стоящих близко друг к другу или соприкасающихся. Также к недостаткам можно отнести градацию зон защиты А и Б (с ожидаемой вероятностью защиты здания от ПУМ 99,5 и 95 % соответственно), то есть все защищаемые здания и сооружения разделены на две группы по уровню защиты, практически вне зависимости от возможных последствий прямого удара молнии. Требования к применению такого средства защиты, как защитная сетка, практически не отражены, лишь упоминается о возможности ее применения при устройстве молниезащиты 2-й и 3-й категории. Еще одним недостатком может являться отсутствие принципов защиты от удара молнии вблизи зданий и сооружений и от удара в подходящие к ним коммуникации.
СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (далее Инструкция 2003), которая вводилась в действие взамен Инструкции 87, тоже не отвечает требованиям устройства молниезащитных систем в полной мере, не говоря уже о технических неувязках в ее тексте. К положительным сторонам Инструкции 2003 можно отнести ее ориентацию на действовавший на тот момент международный стандарт IEC 62305. Этот стандарт оговаривал варианты применения технических решений по защите сооружений от прямого удара молнии тремя методами: метод защитного угла, метод защитной сетки и метод фиктивных (катящихся) сфер. Стандарт вводил градацию уровней защиты в зависимости от социальной значимости объекта и возможных последствий прямого удара молнии. Все это вошло в Инструкцию 2003.
Но надо отметить, что предлагаемое разделение объектов на «обычные» и «специальные» не четкое. Отсутствие критериев оценки социальной значимости «специальных» объектов не позволяет сделать правильный выбор уровня защиты. Приведенные для «обычных» объектов уровни надежности защиты также не позволяют четко определить необходимый для дальнейших расчетов уровень защиты для данного здания или сооружения.
Также в Инструкции 2003 вызывает сомнение сама методика расчета типовых зон защиты стержневых молниеотводов. Предложенная методика
предполагает лишь наличие молниеотводов одинаковой высоты. Полностью отсутствует методика расчета зон защиты для разновысоких молниеотводов (стержневых, тросовых). Это притом что в реальных условиях для большинства промышленных объектов (соприкасающихся или близко стоящих) молниезащитные устройства проектируются как раз молниеотводами разной высоты. В Инструкции 2003 приведены только радиусы фиктивных сфер, взятые в соответствии уровнями защиты из 1ЕС 62305, а о методике их применения информация отсутствует.
Обращает на себя внимание и несовпадение значений уровней защиты от прямого удара молнии для «обычных» (0,98; 0,95; 0,9; 0,8) и «специальных» объектов (0,9-0,999). В то же время в МЭК 62305 уровни защиты определенны следующим образом: I уровень - 0,99; II уровень - 0,97; III уровень - 0,91; IV уровень - 0,84. Очевидно, что уровни защиты в МЭК во всех случаях выше, чем в Инструкции 2003. Кроме того, трудно определить необходимую степень надежности (Р) «специальных» объектов, разброс значений от 0,9 до 0,999. Такой разброс Р может создать трудности при проектировании, увеличить затраты на реализацию данного технического решения. А самое главное - можно неумышленно занизить необходимую степень надежности Р защиты объекта. Также в Инструкции 2003 защита аппаратуры и кабельных линий от вторичных проявлений прямого удара молнии регламентирована не четко.
Конечно, и МЭК 62305 не лишен недостатков. Так, в методике оценки количества ударов молнии в объект в годовом исчислении предлагаются коэффициенты расположения объектов, использование которых не всегда дает корректные результаты при реальном проектировании устройств молниеза-щиты. Но в целом этот стандарт намного подробнее и логичнее Инструкции 2003.
Заключение
Необходимость создания и принятия единого документа о защите зданий и сооружений от поражения молниями назрела давно [1-4, 8, 10-15]. Об этом постоянно говорится на конференциях по молниезащите; последняя прошла в мае 2016 г. в Санкт-Петербурге. Это необходимо, в частности, чтобы унифицировать подход к проектированию технических средств защиты от удара молнии во избежание разногласий, которые могут возникнуть при строительстве объектов за рубежом или применении в России зарубежных типовых строительных проектов.
Естественно, возникает вопрос, почему приняты к действию две первые части МЭК 62305-3 по принципам защиты и расчету риска от поражения молнией? И почему до сих пор не «ратифицирована» хотя бы третья часть,
стандарта МЭК 62305-3, регламентирующая выбор и расчет технических средств защиты от удара молнии, которая, как говорилось выше, является наиболее цельной по сравнению с действующими инструкциями по устройству молниезащиты зданий и сооружений.
Таким образом, существует необходимость создания нового российского комплексного документа, регламентирующего проектирование систем молниезащиты зданий и сооружений от атмосферных и коммутационных перенапряжений с учетом современных требований.
Библиографический список
1. Ахтямов Р. Г. Разработка методики выявления потенциально опасных объектов / Р. Г. Ахтямов, Н. С. Сенюшкин, А. В. Суханов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - № 5 (7). - С. 192-197.
2. Ахтямов Р. Г. Повышение уровня экологической безопасности функционирования объектов автотранспортной инфраструктуры / Р. Г. Ахтямов, А. Н. Елизарьев, Н. Н. Красногорская. - СПб. : СПбПУ, 2012. - 186 с.
3. Ахтямов Р. Г. Оценка критического срока эксплуатации оборудования опасных объектов / Р. Г. Ахтямов, Н. С. Сенюшкин, В. А. Доценко, Л. Н. Ялчибаева // Молодой ученый. - 2012. - № 4. - С. 38-41.
4. Ахтямов Р. Г. Подходы к оценке критического срока эксплуатации технологического оборудования на опасных производственных объектах / Р. Г. Ахтямов, А. Н. Елизарьев, Н. С. Сенюшкин, В. А. Доценко // Современные проблемы науки и образования. -2012. - № 5. - URL : http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=7199 (дата обращения 01.11.2016).
5. МЭК 62305-3:2010. Защита от молнии. Часть 3. Физическое повреждение структур и опасность для жизни.
6. Распоряжение 2871р. Концепция комплексной защиты технических средств и объектов железнодорожной инфраструктуры от воздействия атмосферных и коммутационных перенапряжений и влияний тягового тока, 2013.
7. РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений.
8. Сенюшкин Н. С. Оценка состояния потенциально опасных объектов / Н. С. Се-нюшкин, Р. Г. Ахтямов, В. А. Доценко // Молодой ученый. - 2011. - №. 1. - С. 59.
9. СО 153-34.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.
10. Титова Т. С. Методология комплексной оценки влияния новых технологий на геоэкологическую обстановку // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2005. - № 5. - С. 2.
11. Титова Т. С. Пути решения экологических проблем железнодорожного транспорта / Т. С. Титова, А. И. Потапов. - СПб. : Гуманистика, 2010. - 832 с.
12. Титова Т. С. Разработка методических основ определения и оценки состояния потенциально-опасных объектов / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, Г. А. Бухарбаева // Совре-
менные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-1. - URL : www.science-education. ru/121-19074 (дата обращения 20.09.2016).
13. Титова Т. С. Совершенствование подходов к оценке последствий разгерметизации подводных переходов магистральных нефтепроводов / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, Г. А. Бухарбаева // Безопасность труда в промышленности. - 2016. - № 3. - С. 47-51.
14. Титова Т. С. Геоэкологические проблемы обеспечения безопасности при обращении с отходами / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов. - Saarbrucken : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. - 113 с.
15. Титова Т. С. Обеспечение производственной и промышленной безопасности при обращении с отходами / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов. - Saarbrucken : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. - 134 с.
References
1. Akhtyamov R. G., Senjushkin N. S. & Suhanov A. V. Vestnik Voronezhskogo gos. tehnich. universiteta - Bulletin of Voronezh state technical University, 2011, no. 5 (7), pp.192-197.
2. Akhtyamov R. G., Elizariev A. N. & Krasnogorskaja N. N. Povyshenie urovnja jeko-logicheskoj bezopasnosti funkcionirovanija ob'ektov avtotransportnoj infrastruktury [The increasing of ecological safety level of functioning of road infrastructure objects]. St. Petersburg, 2012.186 p.
3. Akhtyamov R. G., Senjushkin N. S., Docenko V.A. & Jalchibaeva L. N. Molodoy uche-nyiy - Young scientist, 2012, no. 4, pp. 38-41.
4. Akhtyamov R. G., Elizariev A. N., Senjushkin N. S. & Docenko V. A. Sovremennyie problemyi nauki i obrazovaniya - Modern problems of science and education, 2012, no. 5, availaible at: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=7199 (cited 01.11.2016).
5. MJeK 62305-3:2010. Zashhita ot molnii. Chast' 3. Fizicheskoe povrezhdenie struktur i opasnost' dlja zhizni [IEC 62305-3:2010. Protection against lightning. Part 3: Physical damage to structures and life hazard].
6. Rasporjazhenie 2871r. Koncepcija kompleksnoj zashhity tehnicheskih sredstv i ob'ektov zheleznodorozhnoj infrastruktury ot vozdejstvija atmosfernyh i kommutacionnyh perenaprjazhenij i vlijanij tjagovogo toka [The concept of integrated protection of technical equipment and railway infrastructure facilities from the effects of atmospheric and switching overvoltages and the effects of traction current]. Moscow, 2013.
7. RD 34.21.122-87. Instrukcija po ustrojstvu molniezashhity zdanij i sooruzhenij [Instruction on installation of lightning protection of buildings and structures].
8. Senjushkin N. S., Akhtyamov R. G. & Docenko V.A. Molodoy uchenyiy - Young scientist, 2011, no.1, p. 59.
9. SO 153-34.21.122-2003. Instrukcija po ustrojstvu molniezashhity zdanij, sooruzhenij i promyshlennyh kommunikacij [Instruction on installation of lightning protection of buildings, structures and industrial communications].
10. Titova T. S. VestnikNauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta - Vestnik of the Railway Research Institute, 2005, no. 5, p. 2.
11. Titova T. S. & Potapov A. I. Puti reshenija jekologicheskih problem zheleznodorozh-nogo transporta [The ways of solving ecological problems of railway transport]. St. Petersburg, 2010. 832 p.
12. Titova T. S., Akhtyamov R. G. & Buharbaeva G.A. Sovremennyieproblemyi nauki i obrazovaniya - Modern problems of science and education, 2015, no. 1-1: online: www.science-education.ru/121-19074 (cited 20.09.2016).
13. Titova T. S., Akhtyamov R. G. & Buharbaeva G.A. Bezopasnost truda vpromyishlen-nosti - Work safety in industry, 2016, no. 3, pp. 47-51.
14. Titova T. S. & Akhtyamov R. G. Geojekologicheskie problemy obespechenija be-zopasnosti pri obrashhenii s othodami [Geoecological problems of safety at waste management]. Saarbrucken, 2016. 113 p.
15. Titova T. S. & Akhtyamov R. G. Obespechenie proizvodstvennoj i promyshlennoj bezopasnosti pri obrashhenii s othodami [Providing of production safety at waste management]. Saarbrucken, 2016. - 134 p.
БЫСТРОВ Евгений Николаевич - старший преподаватель; ТИХОМИРОВ Олег Игоревич -канд. техн. наук, доцент (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
© Быстров Е.Н., Тихомиров О.И., 2016
