Наступает весна.
С каждым днем все теплее, тает снег, расцветает природа. Совсем скоро последние остатки снежных сугробов смоет теплым дождем.
Но природа не всегда бывает ласковой. Наступает грозовой сезон, который продлится до конца осени. Ливень, порывы ветра и молнии….. Неуправляемое буйство стихии всегда вызывало в человеке ужас. Удар молнии способен убить человека, разрушить здание или вывести из строя дорогостоящее оборудование.
Молниевые разряды между грозовым облаком и Землей представляют собой наибольшую опасность для людей и животных, зданий и сооружений, энергетических объектов и коммуникаций, а также электронной аппаратуры.
Воздействия молнии традиционно разделяют на первичные (вызванные прямым ударом молнии) и вторичные (индуцированные близким ударом молнии или занесенные по внешним коммуникациям).
Прямой удар молнии (непосредственный контакт канала молнии с объектом) может вызвать следующие воздействия:
• термические – опасность возгорания или проплавления,
• механические – ударная волна или электродинамические воздействия,
• электрические – поражение током людей и животных, выход из строя электрической и электронной аппаратуры.
Вторичные последствия удара молнии непосредственно в объект или вблизи него – электростатическая (перемещение зарядов в канале молнии) и электромагнитная (изменение тока молнии во времени) индукция, или прорыв тока молнии в объект по коммуникациям – вызывают перенапряжения внутри объекта или опасное искрение, которые, в свою очередь, зачастую являются причиной пожаров.
Согласно собранной ООО «Электра» статистике несчастных случаев, причиной которых явился удар молнии, за 2014-2019 годы на территории России произошло 3584 пожаров, в которых погибло 15 человек и 39 человек было травмировано (по информации МЧС России). По данным Министерства здравоохранения РФ, за период 2014-2018 годы от ударов молнии погибло 69 человек. Подавляющее количество пожаров – 2801 (78,2%), 36 (92,3%) случаев травмирования и 100% случаев гибели людей в этих пожарах – здания жилого назначения и надворные постройки. Большинство зданий жилого назначения – индивидуальные жилые дома. Необходимость молниезащиты таких объектов определяет, в настоящее время, собственник.
Как следствие, системы молниезащиты индивидуальных жилых домов и надворных построек зачастую отсутствуют или не подвергаются ежегодной проверке.
Каждый пожар, не говоря уже о травмировании и гибели людей – не просто несчастный случай, но и дополнительные расходы как владельцев пострадавших объектов (в большинстве случаев значительно превышающие стоимость системы молниезащиты), так и средств федерального и областных бюджетов.
Наиболее эффективным способом борьбы с прямым ударом молнии и ее вторичными проявлениями, на настоящее время, является применение систем молниезащиты. Назначение системы молниезащиты – ориентирование от защищаемого объекта и прием прямого удара молнии, распределение и рассеяние тока молнии в земле (внешняя молниезащита), а также предупреждение прорыва тока молнии в объект и защита от импульсных перенапряжений (внутренняя молниезащита).
Стоит отметить, что если ещё в относительно недавние времена основной опасностью удара молнии были пожары, вызванные ее термическим воздействием, то в настоящее время все более актуальными становятся способы защиты электронной аппаратуры от вторичных воздействий молнии, в первую очередь, за счет оптимизации электромагнитной обстановки внутри объекта.
Несмотря на то, что вопросы организации внутренней молниезащиты в данной статье не рассматриваются, следует отметить необходимость комплексного решения молниезащиты объекта в целом. Грамотный выбор типов молниеприемников, их количества и расположения, рациональное распределение токов молнии по системе токоотводов, а также правильная организация системы рассеивания тока молнии в земле способно существенно снизить воздействия вторичных проявлений прямого удара молнии на инфраструктуру объекта.
Состав внешней молниезащиты прост: молниеприемник, токоотводы и система заземления. При этом, если с выбором токоотводов (их количеством, материалом, сечением, способом прокладки и т.п) и системой молниезащитного заземления дела обстоят достаточно «просто», с точки зрения проектирования и экспериментального подтверждения правильности проведенных расчетов, то вопрос ориентирования и приема молнии остается, на сегодняшний день, недостаточно изученным.
С каждым годом объем накопленных знаний о молнии и молниезащите увеличивается. Благодаря развитию технологий как визуального (при помощи высокоскоростных камер, в первую очередь) наблюдения молниевых разрядов, так и регистрации молний по электромагнитному, рентгеновскому и гамма-излучениям, сведения о природе молнии обогащаются все новыми данными, появляются подтвержденные наблюдениями и опытами новые теории о причинах возникновения молнии и, как следствие, способах молниезащиты. Тем не менее, споры между учеными об оптимальном способе защиты от прямого удара молнии продолжаются и в настоящее время.
Обсуждаются вопросы как перспективы использования специальных коронирующих систем, обладающих свойством «прятать» объект от прямого удара молнии, так и об эффективных, с точки зрения ориентирования и приема удара молнии, размерах и форме острия молниеприемника.
Основная причина возникающих противоречий – недостаточная статистика экспериментов в полевых условиях.
Другим, не менее важным, остается вопрос о формах и методиках расчета зон защиты от ударов молнии для молниеприемников различных типов. Использование зон защиты молниеприемников – удобный инструмент пространственной визуализации защищенных от прямого удара молнии зон, и применимо как для предварительной оценки систем молниезащиты любых объектов, так и для проектирования систем молниезащиты объектов, не обладающих сложной структурой. К сожалению, современные нормативные документы определяют зоны защиты только для одиночных и двойных молниеприемников одинаковой высоты, фактически лишая проектировщика возможности использовать и сочетать молниеприемники различных типов, размеров (высот) и конструкций.
Пожалуй, единственное, в чем сходятся ученые, так это в том, что основной задачей защиты от прямого удара молнии является переориентировка молнии от объекта к молниеприемнику.
Новые нормативы по молниезащите — необходимость
В настоящее время на территории России действуют следующие нормативные документы по молниезащите: ГОСТ (серия) 62305, ГОСТ (серия) 62561, РД 34.21.122 – 87, СО 153-34.21.122-2003.
Кроме того, существует целый ряд отраслевых нормативов: РД 153-34.3-35.125-99 (РАО «ЕЭС России»), ВСП-22-02-07/МО РФ (Министерство обороны Российской федерации), РД 91020.00-КТН-021-11 (ПАО «Транснефть»), СТО Газпром 2-1.11-170-2007 (ОАО «Газпром»), СТО РЖД 08.024-2015 и СТО РЖД 08.026-2015 (ОАО «РЖД») и другие.
Существует также множество документов, регламентирующих порядок применения устройств защиты от импульсных перенапряжений, а также систем уравнивания потенциалов и заземления.
Для создания оптимального по эффективности и, в то же время, экономичного, проекта молниезащиты, проектировщику приходится учитывать требования практически всех выше указанных нормативных документов, учитывая, при этом, противоречия между ними. В то же время, проектировщик систем молниезащиты, даже обладая необходимым объемом знаний, не имеет права отступить от требований действующих нормативов.
Необходимость переработки действующих в настоящее время нормативных документов по молниезащите назрела давно. Предложения по внесению изменений и совершенствованию российских нормативов описаны во многих работах. Огромная база накопленной за последние годы информации требует переработки и обобщения. Современные теории формирования грозовых облаков, инициации и развития молниевых разрядов (теории Гуревича, Александрова, и других ученых), изучение оптимальных и эффективных конфигураций систем рассеяния тока молнии в земле – должны найти отражение в современных нормативах по молниезащите.
Кроме того, в существующих нормативах не учтено влияние самого объекта, его окружения, а также особенности географического положения, окружающей среды и погодных условий, на развитие и ориентировку нисходящего лидера. Безусловно, необходимо учитывать опыт как российских, так и зарубежных ученых (Cooray V., Becerra M., Hartono Z. и другие).
Необходимость создания современной системы национальных стандартов и нормативных документов по молниезащите зафиксировано в Решении по результатам работы V Российской конференции по молниезащите в мае 2016 года.
Тем не менее, реальных результатов решения данного вопроса нет.
В настоящее время, между ООО «Электра» и АО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» (АО «ЭНИН») идут переговоры о проведении комплекса работ на разработку и введение нового, межгосударственного, ГОСТ по устройству молниезащиты зданий и сооружений. Финансирование данной работы будет осуществлять ООО «Электра».
По утверждении и введении нового ГОСТ предполагается отмена действующих на территории России нормативных документов РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003.
Новый ГОСТ по устройству молниезащиты зданий и сооружений будет включать в себя как требования к проектированию, монтажу и обслуживанию непосредственно самой системы молниезащиты, так и требования к программному обеспечению для ее расчета.
Программное обеспечение
Стохастический характер продвижения нисходящего лидера молнии, учет влияния структуры защищаемого объекта и его окружения на развитие и ориентировку нисходящего лидера молнии, конкурентное развитие восходящих лидеров от объекта и молниеприемника, способы эффективного рассеяния тока молнии в земле, и, как следствие, необходимость учета множества факторов, влияющих на эффективность внешней молниезащиты объекта, требуют применения специализированного программного обеспечения для расчета систем молниезащиты.
Новый ГОСТ должен содержать основные требования к программному обеспечению, алгоритм расчета и типовые формулы. В связи с тем, что указанные сведения должны быть проверяемыми и тестируемыми, в состав нового ГОСТ должен быть включен набор тестовых задач. Созданное на основе утвержденных алгоритмов и формул программное обеспечение, при любом интерфейсе пользователя, должно решать данные тестовые задачи. Безусловно, нельзя не учитывать опыт зарубежных разработчиков аналогичного программного обеспечения (Sparkta, 3D Lightning, SESShield, разработки фирмы DEHN и другие).
Очевидно, что результаты программных расчетов и, как итог, проект системы молниезащиты, должны соответствовать утвержденным нормам. Следовательно, разработка и применение программного обеспечения также должно опираться на утвержденные нормативы.
В настоящее время существует парадокс: рекомендованное техническим циркуляром ассоциации «Росэлектромонтаж» № 25-2009 «Об использовании специализированного программного обеспечения для расчета эффективности защитного действия молниеотводов» программное обеспечение ОАО «ЭНИН» разработано на основе устаревших, но действующих нормативов РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003.
Как следствие, все замечания российских ученых по размерам и формам зон защиты молниеприемников, конфигурациям систем молниезащитного заземления, определенным в устаревших нормативах, автоматически распространяются на аналогичные программные продукты, представленные на Российском рынке (Сервис расчетов центра ZANDZ, программа ЗУМ, программа MZ, Model Studio CS Молниезащита, и другие).
Все вышеизложенное приводит к весьма неутешительному выводу о несоответствии применяемого программного обеспечения современным достижениям науки о молнии и молниезащите.
Необходимость введения нового ГОСТ по молниезащите и внесения корректировок в существующие виды программного обеспечения очевидна.
Выводы:
Факты продолжающейся регистрации пожаров и несчастных случаев по причине удара молнии свидетельствуют как о необходимости повсеместного внедрения систем молниезащиты в законодательном порядке, так и о необходимости повышения эффективности при одновременном снижении стоимости этих систем.
Широкомасштабное внедрение недорогих эффективных систем молниезащиты должно и будет способствовать развитию здоровой конкуренции производителей и снижению себестоимости систем молниезащиты за счет простоты и высокой скорости монтажа. Как следствие, системами молниезащиты будет оснащено большее количество зданий и сооружений.
Для решения проблемы повышения эффективности систем молниезащиты необходимо, на законодательном уровне, разработать и ввести новый нормативный документ (ГОСТ) по молниезащите, с учетом современных достижений науки о природе молнии.
Ротанов Алексей Викторович
директор по развитию
ООО «Электра»
avr@elektraek.ru
