Устройство молниезащиты на плоской кровле

Молниезащита плоской кровли: особенности монтажа молниезащитной сетки

Человечество давно известна сокрушительная сила атмосферных разрядов и их последствия, представляющие серьезную опасность для жизни и имущества человека. В настоящее время, когда окружающая нас среда насыщена (и продолжает наполняться) современным чувствительным электронным оборудованием, она стала чрезмерно уязвимой к воздействию перенапряжений разного рода – атмосферных и коммутационных. Поэтому необходимость молниезащиты ни у кого не вызывает сомнения.

Принцип устройства системы защиты от молнии удивительно прост – встретить на подлете к крыше молнию и вынудить ее таким образом изменить первоначальное направление, чтобы она, пройдя по стене, ушла в землю. Именно поэтому молниезащиту устраивают из основных трех частей, собранных в точной последовательности: молниеприемник – токоотвод –заземлитель.

Устройства защиты для различных типов крыш, исходя из специфики материала для кровли может несколько и не совпадать. Молниезащита плоской кровли или крыш с небольшим уклоном организуется при помощи сетки, ячейка которой имеет определенный размер. Что же касается вентканалов, лифтовых и других надстроек или другого оборудования, вынесенного на крышу, то их защищают стержневыми молниеприемниками.

Устройство молниезащиты на плоской кровле ↑

Как организуется внешняя молниезащита плоской кровли ↑

Наиболее ответственной частью проектирования в этом случае является выбор оптимального размещения молниеприемников. Одним из важных моментов здесь будет, как обезопасить оборудование и конструктивные элементы, расположенные на крыше, от непосредственного взаимодействия с каналом молнии.

Сетку из стальной проволоки можно укладывать под гидроизоляционные слои, но при этом, согласно действующим нормам, тепло-и гидроизоляционные материалы должны быть сертифицированы на негорючесть. По другому варианту монтажа ее укладывают после выполнения гидроизоляции крыши, используя для этого специальные гравитационные опоры (держатели). На них закрепляют провода на высоте порядка 8-10 см над крышей. Таким образом, решение получается не только эффективным, но и эстетичным.

Молниезащитная сетка на кровле ↑

Сетка молниезащиты на кровле представляет собой совокупность токоотводов из катанки. При монтаже они должны образовать на крыше квадраты со стороной 6-10 м и даже больше, если того требует степень молниезащиты. Если ячейки получились больше, чем допустимые, их необходимо разбить на более мелкие прямоугольники. Уложить катанку в сетку не так уж просто, поскольку это горячетканная проволока имеет обыкновение выгибаться то и дело в разные стороны. В помощь приходят машинка, специально предназначенная для выравнивания катанки (ø 8-10 мм), и держатели на плоскую крышу.

Держатели для плоской кровли ↑

Они бывают двух типов:

• пустые – их в дальнейшем заполняют вручную морозостойким бетоном;
• с грузом – залитые на заводе производителем, круглой или прямоугольной формы, каждая весом порядка 1 кг.

Держатели устанавливаются на плоской крыше с шагом один-два метра. Проволоку защелкивают в приемную часть, держатель же удерживает его собственный вес.

Чем шаг установки держателей меньше, тем более устойчивой получается конструкция.

Отличия между держателями различных типов, скорее, лишь в монтаже. Например, для старых плоских крыш держатели с грузом лучше не закладывать из-за дополнительного веса на кровлю их бетонного корпуса. Выбор держателя зависит от возможности закрепления их на кровле.

Отдельные ветки сетки молниеприемника соединяют посредством сварки или болтовым соединением. Сварочных работ для присоединения прутков можно избежать, используя универсальный соединитель или крестовые соединители.

Особенности оформления барьеров плоской крыши ↑

Нередко оформление периметра плоских участков оформляют в виде невысокого кирпичного или бетонного барьера – атика. Его верхний торец от атмосферных осадков обычно защищают с помощью оцинкованных щитков или из более благородного материала. Их обычно соединяют при помощи болтов, клепок или других соединительных элементов. Причиной разрушения атики могут стать грозовые разряды. Для его предотвращения желательно этот металл электрически присоединить к молниезащитной сетке и так же соединить его отдельные элементы. Естественным образом подобные соединения выполняют в местах, где токоотводы сетки на крыше переходят на фасад.

Токоотводы соединяют с заземлителем, выполненным в соответствии с нормативными требованиями. Все места соединений токоотводов с заземлителем покрывают битумом или другим аналогичным веществом.

По сравнению с классической системой, пассивной, активная способна обеспечить защиту большей или более сложной территории. Именно этим способом выполняется молниезащита эксплуатируемой кровли и открытых площадок.

Молниезащита оборудования и надстроек на крыше ↑

Защита от попадания разряда молнии требуется для всех элементов здания, в том числе для труб, вентиляционных шахт и прочего. При наличии в трубах и шахтах металлических элементов, молниеприемник необходимо расположить от них на определенном расстоянии, чтобы не допустить перескока на него напряжения. В противном случае стержень можно крепить прямо на трубу или к шахте. Если он оказывается чересчур гибким, его можно закрепить к вентканалам изоляционными штангами.

Крепление молниезащиты на кровле

С проблемами молниезащиты чаще всего сталкиваются владельцы частных загородных домов. На крыши в первую очередь попадают удары молний. Поэтому многим частникам приходится самостоятельно решать задачи обустройства защитных систем, важной составляющей которых является крепление молниезащиты на кровле здания. Для этих целей могут использоваться конструкции любого типа – штыревые, тросовые и сетчатые.

Правильно установленные и закрепленные, они обеспечивают надежную защиту не только основного объекта, но и всего того, что находится внутри. Своевременно выполненные мероприятия позволяют избежать механических повреждений, пожаров и других негативных последствий.

Разновидности и устройство молниезащитных систем

Современные молниезащитные системы обустраиваются комплексно, включая в себя внутреннюю и внешнюю систему в совокупности с заземлением.

Внутренняя молниезащита кровли состоит из специальных устройств, способных вовремя нейтрализовать импульсные напряжения. Эти приборы, известные как УЗИП, обеспечивают защиту электроники и электрооборудования от всех токовых воздействий, вызванных электрическим током молнии.

Сильные перенапряжения возникают под влиянием прямых ударов молнии, попадающих в здание или подведенные к нему коммуникации. Непрямые удары также вызывают перенапряжения, поскольку они наносятся в непосредственной близости от объекта. Их последствия менее опасны, но все равно, при определенных обстоятельствах они могут нанести повреждения наиболее чувствительной бытовой технике.

Основная функция внешней молниезащиты заключается в перехвате природного электрического тока и последующем отводе его в землю. Если система правильно спроектирована и смонтирована, то во время удара она принимает на себя весь разряд и далее перенаправляет его через токоотводы к заземлению, где происходит безопасное рассеивание потенциала. Ток от молнии должен проходить легко, без какого-либо ущерба для окружающих и самого объекта.

Стандартная система известна как молниезащита скатной кровли, состоящая из следующих компонентов:

• Молниеприемник. Как правило, это стальной стержень, длина которого составляет 20-150 см, диаметр – до 12 мм. Местом установки определяется наиболее высокая точка кровли. Эта конструкция самая первая подвергается удару молнии.
• Токоотвод. Изготавливается из проволоки диаметром не ниже 6 мм. Один конец соединяется сваркой с молниеприемником, другой – с заземлителем. По всей длине токоотвода выполняется надежное крепление с помощью специальных скоб. Сила тока во время прохождения может достигать свыше 200 тысяч ампер.
• Заземлитель. Представляет собой металлическую конструкцию в виде прута или трубы. Данный компонент нужно забить или закопать в грунт примерно на 1,5-2 метра.

Монтажные работы

Устройство молниезащиты на кровле скатного или плоского типа может выполняться во время кровельных работ или уже после них в любое удобное время. Самое главное – правильно выполнить расчет количества молниеприемников и площадь, охватываемую заземляющим контуром. Соблюдение всех условий и норм позволит добиться максимального эффекта, в том числе и в зданиях с мягкой кровлей. Как показывает практика, с увеличением высоты молниеприемника, возрастает и площадь, находящаяся под защитой от природной стихии.

Достаточная высота конструкции позволяет защитить не только основной объект, но и другие постройки, расположенные на прилегающей территории.

Монтаж выполняется с учетом следующих норм и требований:

• Для установки молниеприемника (рис. 1) выбирается наиболее высокая точка крыши. Для этих целей используется конек, парапет, вентиляционная труба, дымоход или мачта телевизионной антенны. После монтажа потребуется качественное крепление молниезащиты на кровле, в противном случае под действием ветра она подвергнется дополнительной нагрузке, деформируется или вообще сорвется с крыши. В некоторых случаях используются высокие деревья, расположенные рядом с домом.
• Далее выполняется прокладка токоотвода (рис. 2). Обычно он изготавливается из толстой стальной проволоки, способной выдерживать сверхвысокое напряжение. Для прокладки выбирается самая короткая траектория. Соединение с молниеприемником и заземлителем осуществляется с помощью сварки. С крыши токоотвод спускается по стенам дома вниз, располагаясь как можно дальше от дверных и оконных проемов. В качестве креплений используются металлический крепеж – хомуты.
• Для изготовления заземлителей (рис. 3) используется медь, нержавеющая сталь и другие детали из металла с хорошей проводимостью. Глубина забивки или закапывания составляет 1,5-2 метра и более, расстояние от крыльца, дорожек, отмостки должно быть не менее 5 м. Почва под заземлитель выбирается глинистая, суглинистая и влажная. Если же грунт песчаный, то перед началом грозы его рекомендуется заранее увлажнить.

Готовая молниезащита на эксплуатируемой кровле в дальнейшем должна периодически обслуживаться, для поддержки ее нормальной работоспособности. В обязательном порядке проверяется состояние креплений, раз в три года производится укрепление или замена ослабевших контактов. Каждые 5 лет заземлитель выкапывается и осматривается на предмет глубины коррозии металла. Если заземлители проржавели более чем на 30%, они подлежат замене.

Особенности молниеотводов плоских крыш

Плоские крыши оборудуются защитными системами, опробованными на практике и дающими высокие положительные результаты.

Молниезащита плоской кровли производится по стандартной схеме:

• Молниеприемником служит стальная сетка из кругляка диаметром 6-8 мм, уложенная горизонтально. Катанка может быть заменена стальной полосой сечением 4х20 мм.
• Токоотводы молниезащиты на плоской кровле изготавливаются из круглой стальной проволоки, диаметром не менее 6 мм. Отрезок, уходящий в землю делается более толстым – от 10 мм и выше. При проектировании зданий в некоторых случаях заранее планируется использование в качестве токоотводов арматуры, труб и других подобных элементов. Между каждым токоотводом выдерживается минимальное расстояние в 25 м.
• Заземляющий контур сооружается по обычной схеме, с соблюдением всех размеров и расстояний.

Молниезащита металлической кровли не может оборудоваться из имеющихся профилированных листов с полимерным покрытием или металлочерепицы. Основной причиной является отсутствие соединений между элементами, достаточных для свободного прохождения электрического тока и полимерной оболочки, снижающей проводимость. Может использоваться металлический кровельный материал с фальцевыми соединениями, которые будут рассмотрены ниже.

Защитные системы мягких кровель

В первую очередь будет рассматриваться активная молниезащита на мягкой кровле (рис. 1). Основной компонент изготавливается в виде мачты, устанавливаемой на крыше. Благодаря приемной головке с ионным излучением, разряд молнии гарантированно притягивается к конструкции. Сама мягкая кровля дома не подвергается каким-либо механическим воздействиям и не получает повреждений.

При устройстве активной защиты необходимо учитывать ряд технических условий:

• Количество стержней- молниеотводов определяется площадью кровли, общей зоной, подлежащей защите и типом крыши, которая может быть плоской или скатной.
• Установка мачты осуществляется на максимально возможную высоту.
• Систему креплений желательно разработать еще на стадии проектирования, воспользовавшись для этого имеющимися дымоходами и другими конструктивными элементами.

Пассивная защита горючей мягкой кровли имеет свои конструктивные особенности, благодаря которым разряд молнии достаточно быстро рассеивается. Она нашла широкое применение в жилых домах малой этажности, а также на объектах производственного назначения. В качестве приемника чаще всего используется сетка молниезащиты на кровле, расположенная сверху покрытия или под ним.

Сетчатые конструкции изготавливаются из проволоки диаметром не менее 6 мм. Если крыша двухскатная, то на каждой стороне укладывается отдельная сетка с собственным заземляющим контуром. Заземления сторон нельзя совмещать друг с другом.

Особенности молниезащиты фальцевых кровель

Здания с металлической кровлей получили широкое распространение. Металл используется не только в старых зданиях, но и на новых объектах. Среди них особой прочностью отличается фальцевая кровля.

Она представляет собой покрытие из металлических листов дома, соединенных одинарным или двойным фальцем, в зависимости от уклона крыши. Существенным недостатком подобной конструкции является способность накапливать статическое электричество, которое провоцирует удары молнии непосредственно в крышу.

Сама по себе такая кровля не может служить для молниезащиты. После выполнения расчетов она может стать основным компонентом и работать в совокупности с остальными деталями. Основным техническим условием является толщина металла – в среднем 4-5 мм и отсутствие внутри легковоспламеняющихся материалов. Обычно такую кровлю используют как дополнение к основному молниеприемнику и включается в общую систему, оборудованную токоотводами и заземлением.

Если же отсутствует молниезащита на фальцевой кровле, это может вызвать аккумулирование электрических зарядов. В случае несвоевременного отведения их в землю, между металлическими элементами может возникнуть искрение, которое часто становится причиной пожара.

Молниезащита дома с плоской крышей

Метод сетки (или молниеприемной сетки) используется для проектирования молниеприемных систем зданий с плоской кровлей. В этом случае молниеприемную сетку прокладывают по периметру всей кровли с шагом ячейки, который зависит от категории молниезащиты и выбирается по таблице ниже (не менее указанного).

Класс молниезащиты	Размер ячейки
I	5х5 м
II	10х10 м
III	15х15 м
IV	20х20 м

Ниже показан пример практического применения метода молниеприемной сетки в комбинации с отдельными молниеприемниками, которые используются дополнительно для защиты таких конструкций на крыше, как купольные (зенитные) фонари, фотоэлектрические элементы, вентиляционные шахты и т.п.

Молниеприемный проводник соединяют друг с другом при помощи универсальных соединителей (рис. 1). Универсальные соединители выполняют из различных материалов: нержавеющей стали, меди, стали горячего цинкования или алюминия.

Все части сооружения должны быть защищены от прямого удара молнии, включая вентиляционные шахты и дымовые трубы, с помощью молниеприемника. Если трубы и шахты содержат металлические элементы, то молниеприемник относят на определенное расстояние от них с помощью изолированных штанг. В случае, когда трубы и вентиляционные шахты не содержат металлических частей, то молниеприемник крепится непосредственно к трубе либо к шахте (рис. 2).

рис.1

рис.2

В качестве крепежей на плоской кровле используют специальные пластиковые держатели на плоской кровле. Пластиковые держатели на плоской кровле изготавливают в двух исполнениях: пустыми либо заполненные бетоном (рис. 3 и 4).

рис.3

рис.4

Кровельные держатели проводника устанавливают с интервалом приблизительно 1 м друг от друга (см. верхний рисунок). Проводник может соединяться с парапетом, точнее металлическими щитками аттика на нем, если те изготовлены из токопроводящего материала толщино не менее 0,5 мм. А с него уже делают опуски на заземление. Однако необходимо учитывать температурные расширения отдельных элементов парапета, для чего применяют компенсаторы, мостовые опоры и гибкие перемычки (см. фото ниже).

Щитки аттика могут параллельно выступать в качестве естественного молниеприемного оборудования. Они обязательно должны быть соединены между собой с помощью болтов, клепок, соединительных элементов, чтобы обеспечивать надежный электрический контакт, а значит лучшую проводимость и быстрый отвод заряда молнии. Иногда, для того, чтобы избежать расплавления материала вследствие непосредственного удара в парапет, дополнительно монтируют молнипериемные стержни, рассчитывая их по методу фиктивной сферы.

Компенсаторы удлинения проводника при монтаже на плоской кровле

Как было сказано выше особенностью монтажа молниеприемной сетки является использование компенсаторов температурного удлинения проводника. Это необходимая вещь, так как при температурных изменениях металлы имеют свойство расширяться либо сужаться. В таблице ниже представлены коэффициенты линейного расширения разных материалов и приблизительные изменения длин проводников на единицу длины 1 м при изменении температуры на 100 Кельвинов.

Существует определенные рекомендации по выбору компенсаторов для монтажа и соблюдению минимального расстояния между ними в зависимости от типа кровли.

Примеры исполнения и монтажа различных типов компенсаторов из стали, меди и алюминия.

Держатели проводника для мягкой кровли

На плоских крышах из мягких материалов иногда не целесообразно использовать держатели проводника с утяжелителями из бетона, поэтому широко применяются конструкции, использующие клейкую ленту. Так, например для показанных вариантов на рисунке, должны быть соблюдены следующие размеры ленты под основание. Минимальные размеры для монтажных элементов обычно указаны в инструкциях по монтажу или паспортах на изделия.

Цены на комплектующие для молниезащиты кровли

Вам это может быть интересно:

Молниезащита дома со скатной кровлей

Общие принципы грозозащиты зданий с скатными крышами. Коньковые держатели проводника и молниеприемников, элементы крепления для разных типов покрытия (черепичное, шиферное, дранковое, металлическое, мягкое и т.д.) Примеры монтажа.

Молниезащита оборудования на плоских кровлях

Климатическое оборудование на плоской кровле

Современные здания, как правило, имеют плоскую крышу. Такое решение не только упрощает обслуживание кровли, но и позволяет размещать на крыше всевозможное оборудование. Это могут быть системы вентиляции, оборудование сотовой связи, «тарелки» спутниковой связи и т. п. Естественно, указанное оборудование нуждается в молниезащите.

В России требования по молниезащите кровли прописаны в ряде нормативных документов. В первую очередь это «Инструкции по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» СО-153.34.21.122-2003. Также существует «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» РД 34.21.122-87, которая более подробно регламентирует молниезащиту. Оба нормативных документа действующие, а проектным организациям разрешено пользоваться на свое усмотрение нормами одного или другого документа, либо их комбинацией.

Нормативный документ РД 34.21.122-87 предписывает защищать по III категории от молнии жилые здания, возвышающиеся над окружающей застройкой не менее, чем на 30 м, либо отдельно стоящие здания высотой не менее 30 м, удаленные от других зданий не менее, чем на 400 м. Эти нормы не соответствуют современным реалиям. Кроме этого, сейчас все большее распространение получает размещение на крышах зон отдыха, кафе и т. п. объектов, где находятся люди. Причем эти объекты используются летом, то есть в сезон наибольшей грозовой активности. Вот почему кровлю, где постоянно находятся люди, необходимо защищать всегда, а не только в случаях, описанных в РД 34.21.122-87. Отраслевой стандарт СО-153.34.21.122-2003 для обычные объектов дает возможность самостоятельно выбрать один из четырех уровней защищенности здания исходя из требуемой надежности молниезащиты.

В России действует ГОСТ Р МЭК 62305, являющийся адаптированным переводом соответствующего международного стандарта. Требования к стержневым молниеотводам, устанавливаемые данным стандартом, входят в противоречие с действующими документами СО-153.34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87. Причина заключается в том, что как в российских, так и в международных нормах не учитывается много важных факторов, например, размеры крыши здания, а также конкретное расположение на ней молниеотвода. По мнению авторитетного эксперта, профессора Эдуарда Базеляна, разработка единой методики расчета молниеотводов, имеющей физическое обоснование, еще ждет своих исследователей.

Применение молниеприёмной сетки на плоской кровле

Наиболее распространенным в нашей стране способом защиты плоской крыши от молнии является молниеприёмная сетка. Шаг сетки должен быть не более 12 м x 12 м и располагаться она должна на негорючих основаниях или внутри таковых. Использование сетки подразумевалось для защиты оборудования, находящегося под негорючей кровлей. Применение молниеприёмной сетки в качестве меры для предотвращения удара молнии в кровлю на которой она расположена является неэффективной мерой. Сетка способна надежно защищать только тот объект, который находится заметно ниже ее самой. Данный факт был многократно подтвержден при помощи численного моделирования Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского.

Очень часто при строительстве многоэтажных зданий, в качестве кровли используются железобетонные плиты. Их покрывают солидным слоем гидроизоляции, в горючести которой можно не сомневаться. Очевидно, что ее тоже нужно защищать от удара молнии. Обеспечить хоть какую-нибудь защиту от молнии оборудования установленного на кровле сама по себе молниеприёмная сетка не в состоянии, т.к. располагается ниже его.

В итоге, сетка оказывает лишь благостный эффект распределения тока молнии по множеству путей, что в свою очередь положительно сказывается на электромагнитной обстановке здания. Но тем не менее, сетку продолжают использовать, чтобы «обеспечить соблюдение норм». Может быть, для современной застройки более эффективны тросовые или стержневые молниеотводы?

Применение тросовых молниеприёмников

Для использования в качестве молниеприёмника стального троса его необходимо расположить на определенной высоте относительно объектов защиты. Данный метод очень эффективен, но сложен в проектировании и монтаже. Наибольшая его эффективность достигается тогда, когда он располагается вовне защищаемой территории. Чтобы понять его преимущества, приведем такие данные. Для молниеприёмной сетки, уложенной на железобетонную крышу, вероятность прорыва молнии составляет десятые доли единицы, а для замкнутого троса — сотые и даже тысячные доли единицы.

Применение стержневых молниеприёмников

Применение одиночного или двойного стержневого молниеотвода сулит повышенную нагрузку на чувствительное электрическое оборудование внутри здания. При выборе данного способа защиты высота молниеприёмника(ов) надежно защищающих здание от прямых ударов молнии будет существенно превышать объект защиты. Высокий молниеотвод увеличивает частоту попадания в него молнии, а, значит, возрастают опасные электромагнитные наводки на оборудование.

Многоэлектродная молниезащита на плоской кровле

Гораздо более эффективной является так называемая многоэлектродная защита, когда крыша защищается большим количеством стержневых молниеотводов небольшой высоты. Важное преимущество стержневых молниеприёмников – способность защищать не только кровлю, но и оборудование, расположенное на ней. молниеприёмные стержни просты в монтаже и эксплуатации. А в сочетании с молниеприёмной сеткой, данное решение оказывается самым оптимальным, обеспечивая высокую надежность защиты от ударов молнии и равномерное растекание токов молнии, одновременно улучшая электромагнитную обстановку и снижая риск пробоя молнии на защищаемое электрооборудование.

Важное влияние на защиту оборудования на плоских кровлях оказывает не только выбор молниеприёмников, но и правильная организация системы токоотводов и заземляющего устройства молниезащиты, выбор материалов изделий и их качественный монтаж.