Обзор систем молниезащиты, предлагаемых на российском рынке

В настоящее время рынок систем молниезащиты находится в стадии роста, вызванного изменениями в структуре спроса. Последние связаны, главным образом, с развитием коммуникационных и информационных систем, для которых удар молнии представляет серьезную угрозу.

Этот фактор не только поставил новые задачи в «традиционных» сферах применения таких систем – в промышленности, энергетике и на транспорте, но и в дополнение к ним потребовал защиты вычислительных сетей, систем управления и охраны в бизнес-структурах. К этому надо добавить защиту современного жилья, тоже насыщенного компьютерной и бытовой техникой с процессорным управлением. Все это и привело к росту числа защищаемых объектов и соответственно к увеличению спроса на средства молниезащиты. При этом надо отметить, что и «первородная» угроза молнии – пожар – попрежнему остается опасной. Отдельно статистику возгораний по причине молний получить сложно, поскольку она не везде отслеживается. МЧС России, например, относит ее в раздел «прочие причины», и выделить данные затруднительно. Воспользуемся поэтому информацией, предоставляемой NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIАTION (США). В докладе Бена Эвартса «Lightning Fires and Lightning Strikes» (NFPA, 2010 г.) сообщается, что в 2004–2008 гг. в США молния стала причиной в среднем 24600 пожаров в год, в них погибло 12 гражданских лиц, 47 получили травмы, прямой материальный ущерб составляет 407 млн долл. в год. Реальность угроз, опасность пожара или выхода из строя дорогостоящей техники, размеры возможного ущерба в целом меняют отношение населения к проблеме. По словам сотрудника компании ООО «ОБО Беттерманн» Сергея Соловьева: «Владельцы частных домовладений стараются оборудовать их молниезащитой в той или иной мере, т.е. у людей уже есть понимание необходимости установки таких систем». Таким образом, дальнейшее внедрение информационных технологий будет неизбежно притягивать к рынку средств молниезащиты все большее число потребителей, обеспечивая стабильный спрос. Это, безусловно, положительный фактор, поскольку привлекает крупные компании, вкладывающие значительные средства в производство и научные разработки. Примером может служить работа на российском рынке европейских корпораций: OBO BETTERMAN (представлена более чем в 60 странах) и DEHN+SOHNE (представлена более чем в 70 странах), для которых характерен фундаментальный подход к решению проблем. Научные разработки и технологии таких предприятий обеспечивают прогресс в отрасли. В связи с этим полезно рассмотреть принятую в Европе концепцию защиты от молний, поскольку на ее основе действуют мировые лидеры. В основу современной европейской концепции защиты от молний (LPZ Lightning Protection Zone) положен принцип поэтапного снижения рисков, от зоны приема и до конечных устройств потребителя. Наглядно распределение зон представлено на рис. 1, характеристика зон приведена в табл. 1.

Для каждой зоны разработаны свои методы защиты и целый арсенал технических устройств, которые, надо отдать должное, достаточно надежны и успешно справляются со своими функциями. Приведенная система зонирования характеризует распределение угроз и систем противодействия по объекту, помимо этого сами системы защиты по их эффективности делятся на четыре уровня (категории, классы). Требования по уровням содержатся в стандарте МЭК 1024-1-1 и в новом стандарте DIN EN 62305 (VDE 018565305), первичным критерием является надежность, с которой система гарантирует защиту: I категория – 98 %, II категория – 95 %, III категория – 90 %, IV категория – 80 % (табл. 2)

 

Нужный класс выбирается по методике, предлагаемой во второй части стандарта DIN EN 62305 на основе анализа рисков. Помимо этого действуют и более общие правила, связанные с нормами при строительстве электростанций, больниц, школ и др. Важнейший параметр – размеры зоны защиты – рассчитываются по методу углов защиты или методом катящейся сферы в соответствии со стандартом DIN EN 62305 (VDE 018565305). В целом европейские нормы содержат исчерпывающую информацию по расчету и монтажу внешних систем молниезащиты. Поскольку нас интересует все, что связано с кровлей, то далее будут рассматриваться только устройства на внешней зоне LPZ 0B. Здесь располагаются устройства, обеспечивающие перехват молний и гарантирующие безопасный токоотвод. В соответствие с принятой концепцией европейские  производители предлагают широкий ассортимент элементов, которые позволяют спроектировать и смонтировать на кровле комплекс молниезащиты, отвечающий требованиям безопасности.

Обзор систем молниезащиты, предлагаемых на российском рынке

Прежде всего все предложения стоит разделить на два класса по типу молниеприемника:
• традиционные, классические системы защиты с линейными и стержневыми молниеприемниками;
• активная защита с молниеприемниками, действующими по принципу «восходящего стримера».
Такое деление необходимо в связи с кардинальными различиями, имеющими исключительное значение как для проектировщиков, так и для потребителей.

Традиционные системы защиты с тросовыми и мачтовыми молниеприемниками

В этом сегменте доминирующее положение занимает продукция двух европейских компаний – OBO BETTERMAN и DEHN+SOHNE. Оба производителя предлагают развитую линейку решений, позволяющую создать эффективную внешнюю защиту любого уровня как на плоской, так и на наклонной кровле. Каталоги фирм насчитывают тысячи позиций, в них представлен широкий выбор молниеприемников, токоотводов, креплений из оцинкованной стали, меди, алюминия, нержавеющей стали и пластиков. Для повышения коррозионной стойкости изделий в них применяются сочетания материалов, не образующие гальванических пар (табл. 3). Если все же приходится соединять оцинкованную сталь и медь или медь с алюминием, то это делается с помощью биметаллических соединителей, разделительных клемм или биметаллических вкладок (медно-алюминиевые гильзы и пластины).

Продукция DEHN+SOHNE

Компания DEHN+SOHNE является одним из пионеров на мировом рынке систем молниезащиты, работая в этом направлении с середины 1910-х гг. Многие из концептуально новых идей были разработаны именно специалистами DEHN+SOHNE, поэтому на примере решений этой компании удобно рассмотреть логику развития внешних систем молниезащиты.

Центральным элементом внешней молниезащиты являются молниеприемники, в этой области разработаны варианты для наклонных и плоских кровель, включая надстройки и всевозможное оборудование, размещаемое на крышах зданий. В качестве приемного элемента могут использоваться проводники и тросы из оцинкованной стали, меди, алюминия и нержавеющей стали, а также стержневые конструкции нескольких видов. На рис. 2 показаны молниеприемники из алюминиевого сплава. Для всех типов стоек предусмотрены варианты крепления на скатах наклонных крыш. Более подробную информацию по диаметрам, ветровой нагрузке и т.д. можно найти в каталоге компании DEHN+SOHNE. Для организации системы токоотводов применяются круглые проводники диаметром от 8 до 16 мм и полоса из указанных ранее материалов, а также различные держатели, клеммы, соединители, позволяющие соединять между собой проводники в самых различных сочетаниях. В простых случаях, когда поверхность крыши представляет собой плоскую поверхность без возвышающихся надстроек, внешняя система молниезащиты организуется наложением на поверхность кровли молниезащитной сетки с шагом ячеек, определяющимся уровнем защиты (классом молниезащиты). Крепление проводников молниезащитной сетки осуществляется с помощью специальных держателей, адаптированных под материал кровли (например, пластиковых держателей с бетонными утяжелителями, металлических держателей и др.).

Линейка DEHNiso, DEHNiso-COMBI

Крыши современных зданий превратились сегодня в своеобразную технологическую площадку, на которой размещается климатическое оборудование, антенны систем связи и многое другое. Соответственно для обеспечения их работы по кровле (или в кровле) проложены кабели питания и управления. Важнейшим требованием является соблюдение безопасного расстояния между молниеприемниками, токоотводами и всем, что перечислено ранее. Выполнить это требование помогают дистанционные держатели из стеклопластика DEHNiso, а также комплекты DEHNiso-Combi с изолированной мачтой молниеприемника (сегмент из алюминия и изолирующий сегмент из стеклопластика), с дистанционными держателями и необходимой соединительной арматурой. Элементы DEHNiso и DEHNiso-Combi обеспечивают защиту габаритных надстроек и технологического оборудования.

Система DEHNconductor

Развитие идеи изолированных систем молниезащиты привело к созданию специалистами компании DEHN+SOHNE системы DEHNconductor. Ее центральным изделием является специально разработанный и запатентованный токоотвод HVI® с высоковольтной изоляцией и специальным полупроводящим покрытием. Соединение покрытия в зоне концевой заделки с шиной уравнивания потенциалов предотвращает развитие «скользящего» разряда по поверхности изоляции токоотвода. Применение подобного решения эквивалентно разделительному расстоянию 0,75 м в воздухе (т.е. отнесению молниеприемника с металлическим (неизолированным) токоотводом от защищаемого объекта на 0,75 м). Данные токоотводы могут применяться на самых ответственных промышленных объектах (II и I уровня защиты), в том числе и во взрывоопасных зонах. Токоотвод может прокладываться внутри трубы с молниеприемником на вершине или крепиться к ней снаружи с помощью специальных креплений.

СИСТЕМА DEHNcon-Н с токоотводом HVI® light

Дальнейшее развитие изолированных систем привело к появлению нового изолированного токоотвода HVI® light. Полупроводящее покрытие, наложенное на изоляцию этого токоотвода, также предотвращает неконтролируемый пробой и развитие скользящего разряда по поверхности, но эквивалентное разделительное расстояние меньше, чем у токоотвода HVI® – 0,45 м в воздухе. Поэтому его основная область применения – частные дома, административные здания и предприятия без взрывопожароопасных производств, для которых применяется III класс (уровень) молниезащиты. Благодаря облегченному исполнению в ряде случаев отпала необходимость подключения полупроводящего покрытия токоотвода к системе уравнивания потенциалов в зоне концевой заделки, что в свою очередь приводит к уменьшению количества необходимых элементов и упрощает труд как проектировщиков, разрабатывающих систему молниезащиты, так и электромонтажников, занимающихся ее установкой. Для нового токоотвода разработан набор молниеприемников и треног с клеммами для подключения. Внешний вид и высота этих молниеприемников идентичны алюминиевым, но, разумеется, они сделаны с изолирующей вставкой из стеклопластика (рис. 4). Система DEHNcon-Н включает большой набор мачт с изолированными вставками общей высотой от 2,6 до 3,9 м. Длина каждой составляющей также может варьироваться. Варианты креплений без сомнения охватывают всю возможную область применения: плоские и наклонные кровли, крепления на трубах, антеннах, надстройках и т.д.

Защита всенаправленных антенн

Компанией DEHN+SOHNE был специально прове- ден ряд исследований, направленных на создание эффективной защиты антенн, не оказывающей негативного влияния на их характеристики. В итоге на основе изолирующих мачт и держателей созданы конструкции, отвечающие всем требованиям. Пример такой защиты показана на рис. 6.

Продукция компании OBO BETTERMAN

Как уже было сказано, OBO BETTERMAN является крупнейшей европейской компанией с представительствами во многих странах мира. В разработке своей продукции предприятие также опирается на зонную концепцию, изложенную в стандарте МЭК 1024-1-1 и европейском стандарте DIN EN 62305 (VDE 018565305), поэтому неудивительно, что общая идеология компании и структура предложений не отличаются от DEHN+SOHNE. Всю продукцию можно разбить на несколько разделов:
• неизолированные системы внешней защиты от молний;
• системы с изолирующим разделительным стержнем Iso-Combi;
• молниезащита с использованием изолированных мачт isFang;
• система изолированной молниезащиты OBO isCon®.
Решения OBO BETTERMAN не имеют принципиальных отличий от предложений DEHN+SOHNE, что имеет вполне логичное объяснение: предприятия работают в рамках одной концепции, законы физики и сопромата для всех одинаковы, поэтому и оптима льная 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 и будет сделан только краткий обзор.

Неизолированные системы внешней защиты от молний

OBO BETTERMAN предлагает компоненты неизолированных систем молниезащиты для наклонных и плоских кровель. Необходимые разделительные интервалы в них обеспечиваются простым отступом на безопасное расстояние. Ассортимент продуман до мелочей. В него входят молниеприемники для крепления на коньках крыш и плоской кровле, проводники нескольких типов для токоотводов и широкий набор всевозможных креплений, соединителей, клемм и т.д.

Системы с изолирующим разделительным стержнем Iso-Combi

В случаях, когда необходима фиксация молниеприемников на безопасных расстояниях от кабельных трасс и оборудования, OBO BETTERMAN предлагает использовать разделительные стержни из стеклопластика. Они гарантируют соблюдение интервала безопасности, эквивалентного 0,75 м. Разнообразие вариантов крепления обеспечивают комплекты: с двумя крепежными пластинами; с углами для настенного монтажа; для фальцевого крепления; для крепления к трубам. На рис. 8 изображены примеры V-образного крепления молниеприемников.

Молниезащита с использованием изолированных мачт isFang

Применение изолированных мачт дает возможность более эффективно использовать имеющиеся поверхности и свободное пространство на кровле. Компанией OBO BETTERMAN выпускается серия isFang с изолирующей вставкой из стеклопластика. Такой участок при длине 1500 мм обеспечивает безопасное расстояние между молниеприемником и кровельными надстройками, различным оборудованием и т.д. Изолированные мачты isFang выпускаются длиной до 8 м.

Система изолированной молниезащиты OBO isCON®

Если кровля насыщена кабельными трассами и технологическим оборудованием, то возможны ситуации, когда проектировщику сложно соблюсти защитные интервалы. Даже при использовании мачт isFang остается проблема размещения токоотводов. Эффективное решение в таких случаях дает применение специального кабеля для токоотводов – OBO isCON®. Он обеспечивает гарантированный разделительный интервал 0,75 м при токе молнии до 150 кА. С помощью комбинации мачт серии isFang и кабеля isCON® решаются задачи по созданию компактной и надежной внешней молниезащиты на плоских и наклонных кровлях самых разнообразных объектов, от взрывоопасных цехов до коттеджей. На рис. 9 показана мачта isFang с кабелем isCON®.

Другие европейские производители

Брендами OBO BETTERMAN и DEHN+SOHNE не исчерпывается список европейских производителей, представленных на российском рынке. К числу крупных компаний с солидной репутацией можно с уверенностью отнести немецкое предприятие J.PROPSTER GmbH, также имеющее представительства во многих странах мира. Компания выпускает продукцию в соответствии с зонной концепцией и евростандартами, в ассортименте представлены элементы изолированных и не изолированных систем, проводники, клеммы, крепления и др. В качестве основных материалов используются оцинкованная и нержавеющая сталь, медь и алюминиевые сплавы. Несколько большее внимание специалисты J.PROPSTER GmbH уделяют молниеприемникам из нержавеющей стали, в частности мачты изолирующих систем изготавливаются только из нержавеющей стали и вставок из армированного стеклопластиком полиэстера. Есть и еще одно отличие – некоторые детали для защиты соломенных крыш изготавливаются из дерева хвойных пород. Предусмотрено размещение молниеприемников на наклонных и плоских кровлях, надстройках, элементах кровли и кровельных конструкций.

Итоги. Общие черты продукции европейских компаний

По данным Ассоциации немецких производителей молниезащиты (Der Verband Deutscher Blitzschutzfirmen VDB), в этой отрасли только в Германии занято 154 компании. Несмотря на такое количество производителей, вся продукция укладывается в несколько основных типов и не имеет существенных отличий. Весь ассортимент рассчитан на традиционные принципы молниезащиты с соблюдением безопасных расстояний и расчетом зон защиты по методу защитного угла и вращающейся сферы. Объясняется это соблюдением стандартов МЭК 1024-1-1 и DIN EN 62305 (VDE 018565305) с единым подходом к проектированию, монтажу, эксплуатации и проверке.

 

Продукция российских производителей

Российские производители средств молниезащиты, планируя выпуск продукции, ориентируются прежде всего на положения Инструкции по молниезащите зданий и сооружений (РД 34.21.122-87) и Инструкции по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (СО 153-34.21.122-2003). Активные молниеприемники в них не предусматриваются, поэтому они практически не выпускаются (Gromostar – редкое исключение), предлагаются только мачты для них.

Также свое влияние на ассортимент продукции оказывает специфика рынка и структура спроса. Например, в прайс-листах европейских компаний появление многих позиций связано с защитой солнечных батарей, размещаемых на крышах зданий. Российские предприятия этой проблемой пока не отягощены. В целом все предложения по внешней защите сводятся к следующим:
• молниеприемники сетчатые для плоской кровли;
• молниеприемники стержневые;
• молниеприемники стержневые сборные;
• молниеприемники тросовые;
• проводники для молниезащитной сетки, токоотводы, блоки крепления токоотводов.

Материалами для сетчатых конструкций служат оцинкованная проволока диаметром 8–10 мм, стержневые молниеприемники изготавливаются из стали (оцинкованная труба) или нержавеющей стали. Стержневые сборные молниеприемники могут сочетать два этих материала, для тросовых конструкций применяется стальной трос диаметром 8–10 мм. Узлы крепления производятся компаниями самостоятельно, материалом служит, как правило, сортовой прокат из строительных сталей. В качестве примера можно привести продукцию крупной компании из Нижнего Новгорода – ООО «Элмашпром», торговая марка «Элмаст» (табл. 4). Компания «Элмашпром» является единственным в России производителем серийных образцов молниеприемников, остальные специализируются на устройствах защиты от перенапряжений, заземлителях и т.д. Среди них – НПО «Стример», EZETEK и др. Отдельную группу составляют небольшие предприятия, предлагающие простейшие тросовые системы. Для примера можно ознакомиться с изготавливаемыми ООО ЦДК средствами молниезащиты «собственной конструкции» типа ЦДК 08-01, ЦДК 08-03. Они представляют собой простейшие кронштейны и стойки для крепления тросов на кровле (рис. 12)

Итоги

Предложение по активным молниеприемникам российского производства ничтожно. В части традиционных устройств внешней защиты промышленность предлагает ограниченный ассортимент, предполагающий наличие достаточно свободного места на кровлях. Аналогов изолированных систем не производится.

Внешняя защита с активными молниеприемниками

Последние несколько лет на российском рынке наблюдается резкое увеличение числа предложений, основанных на использовании активных молниеприемников, произведенных компаниями Indelec, SCHIRTEC, ERITECH®, Forend и др. (рис. 13). В части отвода токов, конструкции заземления, устройств крепления и коммутации такие системы идентичны обычным, изюминка предложения заключается в молниеприемнике с фантастической зоной защиты при скромной высоте конструкции. Принцип их действия достаточно хорошо описан в рекламной литературе, поэтому нет смысла на нем останавливаться. Обратим внимание на самое главное – радиус защиты. Для анализа рассмотрим характеристики изделий компаний Indelec (марка Prevectron 2) и ERITECH® с упреждающим интервалом в 25 мкс. Для оценки достаточно взять радиусы для самого высокого 1-го уровня защиты (дистанция удара – 20 м), для остальных они будут еще больше (табл. 4). Как видно из табл. 4, активные молниеприемники обеспечивают в 10 раз больший радиус защиты, что дает колоссальное преимущество. Всего два активных приемника закрывают кровлю размером с футбольное поле! Нетрудно представить масштабы экономии на токоотводах, креплениях, проводниках и стержневых приемниках. Плюс – простая интеграция в дизайн и архитектурный облик. Такие преимущества обусловили бурный рост предложений систем молниезащиты на основе активных приемников. Вместе с тем необходимо отметить, что далеко не все так гладко, и применение в России активных приемников не имеет нормативной базы, причем не только в России. В общепринятых европейских документах не содержится никаких положений по «активным молниеприемникам», работающим по принципу «восходящего стримера». В стандартах МЭК 1024-1-1, DIN EN 62305 и DIN EN 50162-2 (компоненты систем молниезащиты) такие устройства даже не упоминаются. Нет никакой информации о них и в американском NFPA 770 «Standard for the Installation of Lightning Protection Systems». Положения и структура этого важнейшего для отрасли документа США идентичны стандартам DIN EN 62305 и DIN EN 50162-2.

Поэтому все заявления дистрибьюторов о соответствии таких систем международным стандартам не имеют под собой оснований. Таким образом, в России сложилась ситуация, при которой выбор, проектирование и применение защиты с ESE-приемниками регулируется только на основе французского (!) стандарта NFC 17-102, и в настоящий момент все ссылки на международные и общеевропейские нормы – рекламный трюк. К этому стоит добавить негативную оценку работ в области молниезащиты. В России с такой оценкой выступал проф. Э. Базелян (Энергетический институт им. Кржижановского), в США A. Hartono и I Robiah – сотрудники Lightning Protection Institute (LPI) и Lightning Safety Alliance (LSA).

 

Гибель людей на объектах, защищенных активными молниеприемниками

Ситуация обострилась после того, как были зарегистрированы первые случаи гибели людей на объектах, защищенных системами «восходящего стримера». Речь идет о смерти студента на стадионе (Малайзия, 16 марта 2012 г.) и гибели спасателя на аттракционе между двумя водными горками во Флориде (США, сентябрь 2011 г.). Только чудом спаслись четверо рабочих на биогазовой установке в Чехии. Через несколько минут после того как они покинули ее, молния ударила в верхнюю часть ферментатора, последовал взрыв, разрушивший устройство (22 июня 2011 г.). В этой связи уместно привести высказывание Бада ван Зикля, исполнительного директора Института молниезащиты (LPI): «Тот факт, что ESE-системы не соответствуют никаким стандартам США, должен поставить серьезные вопросы перед каждым архитектором, инженером и руководителем, поскольку они несут ответственность за выбор систем молниезащиты».

Сводная таблица по устройствам внешней молниезащиты

В заключение обобщим данные по типам оборудования для внешней молниезащиты, представленного на российском рынке. В табл. 5 отмечены виды серийных конструкций, выпускаемых различных производителями, учитываются изделия для наклонных и горизонтальных кровель. Продукция классифицирована по типу молниеприемника.

Олег ЛУКАНОВ