Використання елементiв споруд як 'природних' компонентiв

СУЧАСНІ СИСТЕМИ БЛИСКАВКО ЗАХИСТУ БУДИНКІВ ТА СПОРУД: Використання елементів споруд як «природних» компонентів Володимир Шостак, Євген Баранник

Продовжуємо знайомити читачів з особливостями захисту будинків і споруд від дії блискавок з урахуванням світового досвіду в цій галузі та вимог міжнародних нормативних документів (ЕП 2003, 2004). В даній публікації йдеться про рекомендації щодо використання елементів споруд як так звані «природні» компоненти системи блискавкозахисту. «Природні компоненти» Система блискавкозахисту часто містить так звані «природні» компоненти, які можуть виконувати функції захисту від дії блискавок, хоча передбачені будівельним проектом, змонтовані чи вже існують не спеціально для цього [і, 2]. Таким чином, наприклад, можна говорити про «природні» бли-скавкоприймачі, струмовідводи, заземлювачі, екрани. Загальні рекомендації щодо матеріалів, розмірів та мінімальних перерізів компонентів системи блискавкозахи-сту обговорювалися в [3]. Зрозуміло, що і «природні» компоненти повинні відповідати цим умовам. Крім того, наприклад, якщо «природний» заземлювач блискавкозахисту використовується також як заземлювач електричної установки споруди, то він повинен додатково задовольняти вимогам, що висуваються відповідними нормами до таких заземлювачів [4]. Отже, в даній статті частково розглянемо, які частини споРУД, яким чином і за яких умов можна використовувати як «природні» компоненти систем блискавкозахисту. «Природні» блискавкоприймачі Як «природні» блискавкоприймачі можуть бути використані такі частини споруди: 1. Металева покрівля даху. 2. Відкриті металеві конструкції на даху. 3. Металеві конструкції даху під неметалевою покрівлею (арматура, несучі конструкції та ін.), якщо остання може бу ти виключена з зони, яка потребує захисту. 4. Металеві деталі (наприклад, водостічні ринви, воронки' орнаменти, огорожа, поручні). 5. Облицювання з металевих листів (наприклад, аттики, парапетів, фасадів). 6. Металеві труби та резервуари.

Умовами використання цих частин є: ■ утворення постійного безперервного електричного з'єднання різних деталей (наприклад, шляхом паяння твердим припоєм, зварювання, пресування, кріплення за допомогою гвинтів або заклепок); * відсутність ізоляційного покриття (звичайне фарбуван ня допускається згідно з [11); • достатня товщина, яка забезпечує механічну міцність і неможливість небезпечного перегрівання (щоби не виклика ти неприпустимих наслідків - витікання рідин, займання і вибухання матеріалів та ін.). Товщина компонентів повинна бути не меншою, ніж величина t, яку наведено в табл. 1. Як бачимо, треба розрізняти дві типові ситуації [2]: 1)проплавлення отворів чи локальне перегрівання у ли стах і трубах не вважається небезпечним. Тоді мінімальна товщина листів має становити 0,5-0,7 мм, а труб - 2,5 мм. 2)проплавлення та локальне перегрівання неприпустимі (наприклад, у зв'язку з небезпекою займання горючих ма-

теріалів чи вибуху газу). В цьому випадку елементи повинні мати значно більшу товщину від 4 до 7 мм (залежно від матеріалу). Зауважимо, що вітчизняні норми не містять чіткого розрізнення цих двох ситуацій, а в них для всіх споруд і будівель II та III категорій з металевою покрівлею загально рекомендується

використовувати

останню

як

блискавко-

приймач [1]. В той же час в цих нормах подається рекомендація для уникнення подібних до обговорюваних небезпечних ситуацій з проплавленням та локальним перегріванням на окремих об'єктах, коли наголошується, що металеві корпуси і дахи зовнішніх установок з горючими та зрідженими газами та легкозаймистими рідинами при товщині металу менше 4 мм мають захищатися блискавковідводами. Покрівлі та труби на даху Наприклад, якщо на даху будівлі влаштовано покрівлю із металодахівки (металочерепиця з оцинкованого сталевого листа товщиною 0,5 мм, який вкрито з двох боків тонкими ізоляційними полімерними плівками) і за умовами експлуатації не допускається ЇЇ пропалювання, то цю покрівлю не можна використовувати безпосередньо як блискавкоприймач, а потрібно захищати від ураження блискавками. Серед причин, які змушують влаштовувати захист металодахівки, може бути неприпустимість пошкодження покрівлі просто з точки зори подальшого протікання дощу на цінне майно. Також під

нею

може

знаходитися

теплоізоляція

та

дерев'яне

риштування, які не здатні протистояти дії бризок розплавленого металу, і може виникнути пожежа. На рис. 1 та рис. 2 наведено приклади, як можна захистити покрівлю з металевого профілю та трубопровід на даху за умови, що для них прямий контакт з блискавкою не допускається [7]. Зауважимо, що металевий трубопровід на рис. 2, який обладнано блискавкоприймальними стрижнями безпосередньо на ньому, все ж використовується в системі блискавкозахисту, але як «природним» струмовідвід. «Природні» струмовідводи За «природні» струмовідводи можуть правити такі частини споруди: 1. Металеві елементи конструкцій і комунікацій (напри клад, сталеві несучі елементи, водостічна ринва, металеві труби). 2. Металеві каркаси будівельних споруд. 3. Наскрізна арматура будівельних споруд. 4. Металеві панелі фасадів, каркаси (несучі профілі) та допоміжні конструкції. Умовами використання цих частин є: • наявність

безперервного

електричного

з'єднання

різних деталей (тими самими способами, як і для блискавкоприймачів; добре, якщо кількість з'єднань мінімальна); • достатні механічна міцність та термічна стійкість провідників (для цього перерізи компонентів мають бути щонайменше такими, як вимагається для звичайних стру2

2

мовідводів: мідь - 16 мм , алюміній - 25 мм , залізо - 50 мм 2

[2, 3]; залізо - 28 мм [і].

2

Деталі струмовідводів можуть мати ізоляційне покриття. Є випадки, коли використання труб не допускається. Звичайно, вважається, що арматура залізобетонних конструкцій забезпечує безперервний електричний шлях для струму, якщо [2, 5]: 1) Приблизно у 50 % з'єднань вертикальних

та

горизонтальнихпровідників контакт здійснено шляхом

зварювання або ретельного скручування. 2) Вертикальні провідники з'єднано зварюванням або змонтовано з на кладанням один на другий (на довжину мінімум у 20 діаметрів) та ретельно скручено. 3) У випадку окремих з/б деталей, які збираються на місці в єдину конструкцію, виконано з'єднання арматури різних деталей. При зварюванні арматури довжина шва має бути мінімум 50 мм. Скручування частин арматури виконують м'якою сталевою проволокою. Коли мають справу з арматурою попередньо напруженого залізобетону, слід враховувати можливість виникнення неприпустимих механічних навантажень внаслідок протікання струму блискавки. Якщо необхідні умови для «природних» струмовідводів не виконуються, необхідно розробляти систему додаткових (звичайних) струмовідводів або вжити інших заходів щодо уникнення небезпечних навантажень, іскріння, механічного руйнування провідників чи бетону. Залізобетонні конструкції Наскрізна арматура залізобетонних споруд може використовуватися не лише як «природні» струмовідводи, але і для електромагнітного екранування будівлі та зрівнювання потенціалів між окремими її частинами. Приклад вимог щодо відстаней і схеми з єднань та приєднань провідників армат ур и с п ор уд и п од ан о н а ри с. 3 . З цього рисунку видно, що крім звичайних стрижнів арматури, які без особливих вимог з'єднуються в вузлах 3, в конструкцію додаються спеціальні провідники сітки 4, які прокладено паралельно до окремих стрижнів звичайної арматури і мають ретельні з'єднай-

ня, виконані затискачами, шляхом зварювання чи скручування (7, 8). Сітка з додаткових провідників 4 приєднується нагорі в вузлах 1 до блискавкоприймача. Зокрема, на рисунку показано приєднання до металевого покриття парапету чи його кронштейну (затискачем чи зварюванням). В нижній частині споруди цю сітку приєднують до фундаментного та контурного заземлювачів. Приєднання до контурного заземлювача зручно виконувати через контрольний затискачз'єднувач 6. Сітка зі стрижнів звичайної арматури типово має розмір комірки ЬЬ 1 м. Сітка з провідників 4 типово має розмір по горизонталі аЬ 5 м, а по вертикалі - в межах від 1 до 7 м (залежно від наявності на певних рівнях по висоті споруди приєднань до інших час тин с истеми с трумовідводів). Від провідників 4 виводять провідники 5 для приєднання до шин зрівнювання потенціалів (ШЗП) всередині споруди. Навісні фасади Навісні фасади споруд та їхні каркаси з металевих профілів, як і арматура з/б будівель, в системі блискавкозахисту можуть виконувати кілька функцій: • правити за природні струмовідводи; • забезпечувати вирівнювання потенціалів; • екранувати від електромагнітних полів (ЕМП). Залежно від конструкції навісних фасадів - з металевими і неметалевими

панелями

чи

плитами,

вентильовані

чи

невентильовані, з видимими чи невидимими елементами кріплення плит та ін. - існують певні особливості щодо реалізації цих та інших функцій.Приклад схеми з'єднань та типові відстані у випадку використання фасаду з металевим облицюванням як струмовідводу наведено на рис. 4. Металеві панелі 4 навісного фасаду з'єднуються між собою в вузлах 6 з кроком в межах с=1 м. Ці ж панелі приєднують нагорі до блискавкоприймача (металеве покриття парапету 1, провід З сітки на даху) у вузлах 2 з кроком в межах Ь=3 м. В нижній частині споруди їх приєднують до арматури 8 з/б конструкцій споруди та заземлювача з кроком в межах а=5 м через контрольні затискачі 7. Від арматури 8 виводять провідники 5 для приєднання до шин зрівнювання потенціалів всередині споруди, які є частиною системи внутрішнього блискавкозахисту. Така фасадна конструкція досить ефективно реалізує всі три згадані функції. Конструкція вентильованого навісного фасаду з неметалевими плитами дозволяє використати його металевий каркас як струмовідводи (рис.5). В даному випадку важливо забезпечити надійний контакт каркасу 7 нагорі споруди з блискавкоприймачем (покриття парапету 2 та провід сітки 3) і в її нижній частині з контурним та фундаментним б заземлювачами. Як і в попередніх прикладах, від арматури виводять провідники 4 для приєднання до ШЗП всередині споруди. Неметалеві плити (гранітні, цементно-волокнисті та ін.) дещо зменшують ефективність екранування навісним фасадом у порівнянні з випадками застосування металевих панелей. Фасадні конструкції з неметалевими плитами і видимими елементами кріплення плит (рис. 6), крім виконання зазначених трьох функцій, частково можуть слугувати і як бли-

скавкоприймачі в верхніх частинах висотних споруд. Звичайно, краще таких ситуацій не планувати і забезпечити спеціальні приймачі. Схема з'єднань елементів цієї фасадної конструкції нагорі, поблизу парапету, подається на рис. 7, на якому видно, що гальванічний зв'язок вертикальних несучих (направляючих) 12 з костилем 27 та покриттям 20 парапету (отже, і з блискавкоприймачами) забезпечується кронштейном 8. Видимі елементи кріплення 16 плит з керамічного граніту 19 монтуються на вертикальних направляючих 8. Зауважимо, що в даній

фасадній конструкції горизонтальні металеві несучі

відсутні, тому в деяких випадках треба додатково влаштувати приховані

горизонтальні

пояси

(наприклад,

із

сталевого

оцинкованого проводу 0 8-Ю) для зрівнювання потенціалів і рівномірного розтікання струму. Конструкція невентильованого навісного фасаду (рис. 8) звичайно також дозволяє реалізувати всі три згадані функції. Зокрема, струмовідводами і елементами зрівнювання потенціалів може слугувати і каркасна конструкція (решітка), коли вона металева, і «сандвіч-панелі», які містять всередині два металеві листи. З'єднання в такій системі подібні до тих, які обговорювалися для фасадів з металевим облицюванням (див. рис. 4). Всі вище наведені приклади

використання каркасів

навісних фасадів як струмовідводи можуть бути реалізовані, якщо забезпечено надійний електричний контакт окремих частин вертикальних та горизонтальних несучих конструкцій (рис. 9). Звичайно, між окремими частинами вертикальних 1 чи горизонтальних 4 несучих під час монтажу залишають технологічні проміжки, щоб уникнути температурних деформацій

каркасу при великих розмірах фасадів. Гальванічний зв'язок окремих конструктивних частин каркасу (1, 4) здійснюють за допомогою спеціальних з'єднувачів 3, які також виконують функцію компенсаторів температурних деформацій несучих профілів каркасу. Як приклад, вигляд та деякі характеристики одного з таких з'єднувачів наведено на рис. 10. «Природні» заземлювачі Як «природні» заземлювачі можуть бути використані такі елементи споруди чи частини поблизу неї, які мають контакт із грунтом: 1. Підземні частини металевих конструкцій, шпали, обсадні труби свердловин. 2. Залізобетонні конструкції, фундаменти. 3. Труби інженерних магістралей. Як і у випадках вище розглянутих компонентів системи блискавкозахисту, умовою можливості застосування цих елементів є наявність безперервного електричного з'єднання різних деталей заземлювача. Певні застереження існують щодо використання труб магістралей поблизу споруди, а також броні і оболонок кабелів. В цих випадках важливо забезпечити правильні з'єднання деталей з різних матеріалів, не допустити посилення процесів корозії та перегрівання струм о відводі в (і, наприклад, як наслідок, ізоляції кабелів). Особливості використання залізобетонних конструкцій і фундаментів є подібними до тих, які зазначалися для «природних» струмовідводів. Увага має приділятися надійності

з'єднань арматури, щоби не допустити механічного руйнування звичайного чи заздалегіть напруженого бетону. Кілька прикладів конструкцій фундаментних заземлювачів наводилися в [б], тому ці компоненти тут детально не розглядаємо. Під час використання «природних» заземлювачів часто виявляється важливим знати реальні їхні розміри і розташування, зокрема, щоби контролювати безпечні відстані в грунті. Підсумовуючи, зазначимо, що використання елементів споруд як «природних» компонентів системи блискавкозахисту може суттєво покращити її характеристики. З успіхом можна використовувати не тільки металеві опорні та несучі конструкції споруд, арматуру залізобетону, але й популярні тепер фасадні та склопакетні системи. Це значно заощаджує кошти на комплектацію та монтаж блискавкозахисту, покращує «електромагнітний клімат» всередині споруди, додає елегантності технічним рішенням. В багатьох випадках одні й ті самі компоненти можуть ефективно виконувати одночасно декілька функцій захисту від дії блискавок. Але при використанні «природних» компонентів важливо ретельно враховувати всі рекомендації і вимоги щодо їх застосування самих по собі або в комбінації із звичайними компонентами блискавкозахисту. Література: 1. Инструкция по устройству молниезащитьі зданий и сооружєний. РД 34.21.122-87/ Минэнерго СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 56 с 2. ІЕС 1024-1 Рrоtесtіоп оf strисtиrеs аgаіnst lighting. Раrt 1: General рrіпсіріеs. 3. Шостак В., Баранник Є. Сучасні систе ми блискавкозахисту будинків та споруд (ча стина 2) // Електропанорама. - 2004. - N-12. - С . 1 3 - 20. 4. Правила устройства злектроустановок, 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Знергоатом издат, 1986 - 648 с. 5. ІЕС 1024-1.

Рrоtесtіоп оf strисtиrеs

аgаіnst lighting. Раrt 1. Guide В. 6. Баранник Є, Шостак В. Сучасні системи блискавкозахисту будинків та споруд (части на 1) // Електропанорама. - 2004. - № 3. - С. 24 - 28.