№ 4 (29) 2006

Євген БАРАННИК                                          Частина перша>>>

Блискавка

Блискавковідводи на пласкому даху.

Фасадні системи

Частина 2

Подібно до давньоримського гладіатора ретіарія, для оборони від сліпучого небесного меча, який вихоплюється зненацька з-за грізного щита хмар, ми вдаємося на пласких або слабопохилих дахах до сітки з коміркою визначеного розміру, а вентканали, ліфтові та інші надбудови та й інше винесене на дах устаткування захищаємо частоколом стрижневих блискавкоприймачів. Перед тим, як викласти послідовність влаштування блискавкозахисту на верхніх відмітках захищуваної нами споруди, нагадаємо, про що йшлося у 1-й частині*⁾.

                   __________________________________________________________

       *) Першу частину статті див. в «СиБ», 2006, № 3(28), с. 60–65.

— Прим. ред.

На початку було висвітлено причини виникнення і небезпечні прояви блискавки, методи реєстрації грозових розрядів та системи і прилади для завчасного попередження про наближення грози. Після застережень про небезпеку застосування неперевірених (так званих «активних», або ESE) блискавкоприймачів, було розпочато виклад концепції зовнішнього блискавкозахисту на прикладі споруди з моно­літного залізобетону у міській забудові. Підкреслено економічну доцільність використання «природних» заземлювачів і струмовідводів, що передбачає залучення проектувальників електричної частини на початковій стадії монтажу споруди. Звертаємо увагу читачів, що перелік літератури єдиний для обох частин статті, тобто [1]–[5] цілком повторює список 1-ї частини. Нумерація рисунків і таблиць є продовженням розпочатої у частині 1-й.

Оптимальне розміщення блискавкоприймачів

Отже, пройшовши струмовідводами, схованими у тілі колон, від заземлювача до даху, переходимо до найбільш відповідальної частини проектування зовнішнього блискавкозахисту — оптимального розміщення блискавкоприймачів. Тут важливо убезпечити від безпосереднього контакту з каналом блискавки конструкційні елементи і устаткування, розміщене на даху. За якими принципами належить вибудовувати захисну сітку і розставляти штирі?

Діючими в Україні нормами [4] захист пласких і слабопохилих (до 1:8, або 12,5%) дахів споруд ІІ–ІІІ категорій передбачено здійснювати сіткою зі сталевого дроту. За «радянською» практикою блискавкозахисна сітка вкладалася під гідроізоляційні шари, однак діючі норми передбачають при цьому наявність сертифіката про негорючість тепло- і гідроізоляційних матеріалів. Тим, хто не мав щастя обстоювати перед компетентними інспектуючими органами негорючість будівельних конструкцій, радимо одразу вдатися до європейського досвіду, де блискавкозахисну сітку монтують після вкладання гідроізоляції даху. Для цього використовують гравітаційні опори, на яких дроти закріплюються на висоті 80–100 мм над дахом. Опора, зображена на рис. 5а, є на 100% готовою до монтажу, тоді як пластиковий конус іншої (рис. 5б) належить заздалегідь заповнити морозостійким бетоном (достоту так, як дитина виповнює піском «пасочку», тільки що бетон не випаде, як візьметься). Існують також опори з основами, що приклеюються, але в Україні за показником «ціна-якість» склалися вже певні уподобання. Тому щосезону дахи десятків об’єктів прикрашаються ланцюжками саме таких опор, а останнім часом їх можна бачити у фото- і відеосюжетах на виставкових стендах і каталогах великих «покрівельних» фірм. Європейські і міжнародні [5] норми передбачають, в залежності від визначеного класу системи блискавкозахисту, крок сітки у відповідності з табл. 3.

Передбачений у [4] розмір комірок сітки зазначено у табл. 4.

Категорії і класи визначаються за даними таблиць, наведеними у нормах, а у DIN ENV 61024-1 передбачено також довільний вибір класу, який ґрунтується на балансі:

1) Небезпек, ступінь яких визначається:

• конструкцією стін, даху, матеріалом покрівлі;

• наявністю електроустаткування на даху;

• можливістю виникнення паніки;

• наявністю всередині споруди горючих/легкозаймистих/вибухонебезпечних речовин;

• цінністю начиння споруди;

• наявністю протипожежних засобів та пристроїв;

• небезпекою для оточуючого середовища;

• ризиком виходу з ладу/пошкодження важливих комунікацій;

• можливістю пошкодження/руйнувань/збитків.

Враховується також:

• інтенсивність гроз у регіоні;

• геометричні розміри споруди;

• розташування споруди на місцевості.

2) Матеріальних витрат на влаштування блискавкозахисту:

• проектування;

• комплектація;

• монтаж;

• поточне обслуговування в експлуатації.

За даними про об’єкт вираховуються коефіцієнти, на підставі яких і визначається клас; для цього також застосовують комп’ютерні програми. Одразу належить зауважити, що реалізовані у цих програмах методики не є усталеними і жваво дискутуються у науковому середовищі.

Схожа методика визначення категорії закладена у національні норми, але при цьому слід мати на увазі певну їхню архаїчність. Пояснимо це на прикладі нашої «споруди з монолітного залізобетону у міській забудові». Згідно пунктів 4 або 7 з таблиці 3, наведеної у [2], така споруда потребує захисту ІІІ категорії (сітка 12×12 м на пласкому даху). Та за насиченістю електронною технікою, споруджуваний офісний центр (або гіпермаркет) може бути кваліфіковано (згідно з п.10 таблиці 3 у [2]) як обчислювальний центр. Це підвищує його категорію до ІІ-ї (сітка 6×6 м), тому не раджу одразу бігти з цією пропозицією до інвестора. Адже сітка ІІІ категорії (12,5×12,5 м) є компромісом між класами ІІ та ІІІ, а виконання вимог вітчизняних норм виглядає по-європейськи обґрунтованим.

Вітчизняна норма передбачає виконувати сітку із сталі, а з’єднання у місцях перетинання дротів — зварюванням. Неважко уявити собі патьоки іржі від всього того вкладеного на дах заліза на фасадах і зливостоках, тому стає зрозумілим намагання попередників за всяку ціну сховати блискавкозахисну сітку під гідроізоляцію. Саме тому на сучасні сітки йде оцинкований або алюмінієвий дріт Ø8–10 мм, який має достатню жорсткість для того, щоб ставити опори кожні 1200 мм. Зауважимо, що британські і північноамериканські норми рясніють вимогами виконання блискавкозахисту з міді (дає про себе знати колоніальне минуле із легким доступом до світових запасів природних копалин).

       Звичайно, зварювання оцинкованих проводів позбавлено сенсу, з огляду на  протикорозійний захист, тому застосовуються надійні болтові з’єднувачі (рис. 6). Тут можливі дискусії з контролюючими органами щодо формального виконання нормативних вимог. Як додаток до вищенаведених аргументів можете згадати про необхідність ощадливого ставлення до металу, світові тенденції до його подорожчання, важку ситуацію у країні й т. ін.

Дуже часто периметр пласких ділянок покрівлі оформлюється у вигляді невисокого бар’єра з бетону або цегли (так звана атіка). Для захисту від атмосферних опадів горішній торець атіки зазвичай опорядковується оцинкованою бляхою або й більш престижним матеріалом. Для запобігання руйнування атіки грозовими розрядами бажано електрично приєднати цей  метал до блискавкозахисної сітки, а також електрично з’єднати між собою окремі елементи металевого покриття. Органічним чином такі з’єднання виконуються у місцях переходу струмовідводів від сітки на даху на фасади (у тому випадку, якщо не вдалося виконати блискавкоспуски схованими у тілі колон, про що йшлося у частині 1-й).

Більшість конструкцій тримачів проводів блискавкозахисту на фасадах (рис. 7) не здатні компенсувати повздовжні тяжіння від ваги дроту і криги. При переході через атіку встановлюються опори у вигляді літер Z або Ώ (рис. 8), які компенсують механічні навантаження від фасадних проводів і електрично з’єднують покриття атіки з блискавкозахисною сіткою.

Найкращим варіантом є влаштування по краю атіки невисокого бар’єра з металевих труб, або іншого металопрокату, як не з нержсталі, то з цинковим покриттям. Окрім огороджувальних функцій він правитиме за «природний» блискавкоприймач, якщо надійно з’єднати його з блискавкозахисною сіткою. Бар’єр утворить навколо споруди захищену зону, контури якої визначаються кутом α (рис. 9а). Для знаходження значення α належить відкласти на графіку (рис. 9б) по осі абсцис висоту бар’єра відносно поверхні землі (будь-якої нижчерозташованої ділянки споруди) і провести вертикаль до перетину з кривою відповідного класу захисту, присвоєного споруді. Кинувши навколо професійний погляд, зауважимо безліч «природних» блискавкоприймачів, більшість з яких є лише плодами польоту фантазії архітектора і жодним чином не захищають споруди від грози.

Автор без особливого успіху пропонував був кілька разів «розкрученим» архітекторам співпрацю у інтегруванні металевих оздоб проектованих ними котеджів до систем блискавкозахисту, щоправда прогрес у сприйнятті відчувається. Допитливим читачам пропонуємо знайти на рис. 10 єдиний приклад використання «природного» блискавкоприймача на історичній споруді — лікарні у м. Дніпропетровську, що є заслугою тамтешньої фірми «ОПТИД» і її директора п. Олександра Погребняка.

Блискавкозахист надбудов та устаткування на даху

Розглянемо типові прийоми забезпечення захисту всіх надбудов і відкрито встановленого на даху устаткування, які виходять за зону захисту блискавкозахисної сітки.

Ліфтова шахта. Периметром даху шахти прокладаємо блисковловлюючий контур з проводу Ø8 мм на 6-ти опорах (рис. 5). Від контура виконуємо два опуски на основний дах споруди, закріплюючи їхні кінці на краю даху шахти Z-видними опорами (рис. 8а, б). Опуски приєднуємо до найближчих блискавковідводів.

Вентиляційний канал. Супутникова антена. Світловий люк. Ці об’єкти на даху захищаємо одиночними стрижньовими блискавкоприймачами з переносними бетонними опорами (рис. 11).

 Блискавковідвод належить розташовувати на такій відстані S від захищуваного об’єкта, аби не допустити перескоку на нього напруги. Якщо спеціальні розрахунки не проводилися, захисну відстань слід приймати S = 2 м. Висоту стрижня добирають, виходячи з обраного класу блискавкозахисту, за графіком (рис. 9б).

Якщо стрижень виявляється надто гнучким, його можна закріплювати до вентканала ізоляційними штангами. Витонченим способом захисту супутникової антени є застосування того ж таки бар’єру на краю даху у парі зі стрижневим блискавкоприймачем (рис. 12).

Тут замість захисного кута α для перевірки зони захисту пари «бар’єр-стрижень» застосовано кулю, що котиться, радіус R_сф якої також залежить від обраного класу блискавкозахисту (табл. 5).

Цей метод, яким активно користуються у більшості європейських країн, ґрунтується на сферичній моделі блискавки, про що згадувалося в частині 1-й у розділі «Умови виникнення і характеристики блискавки». Рис. 13 ілюструє застосування методу кулі для перевірки захищеності устаткування на даху споруди зі складним профілем покрівлі.

Кліматизаційне устаткування. Це устаткування зазвичай має коробчасту форму і досить міцний кожух або сталевий каркас. Допускати проходження струмів блискавки цим металом небажано, а от закріплювати механічно блискавковідводи до нього — надто рекомендується. Звичайно, із застосуванням склопластикових штанг та збереженням належної ізоляційної відстані (рис. 14).

Якщо перевіряти зображену систему кулею, що котиться, може видатися, що шпичаки блискавкоприймачів піднято аж надто високо, але тут визначальною є безпечна відстань між корпусом устаткування і будь-яким елементом блискавковідвода, що знаходитиметься під потенціалом. Над численною групою установок (скажімо, чілерів), роззосереджену дахом, є сенс напнути блискавкозахисну сітку, дотримуючись ізоляційних відстаней та надійно при’єднавши її до решти електродів блискавкозахисту споруди.

Вентилятор під діелектричним ковпаком. Можна надійно захистити скобою у вигляді літери Ώ, тобто розташувати над об’єктом горизонтальний електрод. Зона захисту такої системи нагадує формою намет, а порядок визначення її геометричних розмірів наведено у [4]. Дотримавшись захисної відстані, не забудемо захистити лінію живлення електродвигуна вентилятора обмежувачем перенапруг. Про обмеження імпульсів буде сказано згодом, але тут зауважимо, що будь-яке електроустаткування, розташоване на даху або фасадах, є потенційним джерелом проникнення імпульсів у внутрішні електромережі об’єкта. Тож приєднання металевих елементів корпусів цього устаткування до системи зрівнювання потенціалів є обов’язковою вимогою.

Запроектувавши захист всіх елементів на даху споруди і пересвідчившись у правильності застосованих технічних рішень за методом захисного кута чи кулі, що котиться, можемо із задоволенням поглянути на добре виконану роботу, коли б не сучасні фасадні системи... Отже:

Фасадні системи і їх включення до блискавкозахисту споруди

Маються на увазі вітражні системи і так звані вентильовані (навішувані) фасади, які складаються з силового каркасу (сталевий або алюмінієвий профіль) і закріплених на ньому склопакетів чи облицювальних плиток: з металу, натурального чи композитного каменю або й з пластику (часом декорованого фольгою). Зупиніться біля опоряджуваного таким фасадом чергового офісного центру. Ви побачите закріплені поверх утеплювача вертикальні рейки, які складаються з 6-метрових відтинків, розділених температурними зазорами у 10 мм. Принагідно зауважимо, що й при прокладанні блискавкозахисної сітки належить встановлювати зигзаговидні термокомпенсатори у тих проводах, довжина яких перевищує 20 м. Інакше у спекотну пору зигзагом піде сам провід внаслідок подовження при нагріванні. Починаючись з найвищих відміток, вертикальні елементи фасадного каркасу не доходять до рівня землі (буває що й на 5–6 м) і електрично ні до чого спеціально на приєднані. Приємне виключення становила вітражна система споруди Мінтрансу, що на Повітрофлотському проспекті у Києві (рис. 15). Несучу систему було приварено до 17-ти сталевих колон, які підтримували всю споруду, пронизуючи її з верху до низу. Саме ці колони правлять за струмовідводи від блискавкоприймачів, розташованих на дахах верхніх відміток. Той, кому пощастить потрапити на вершечок Мінтрансу, побачить ряди металевих дисків, вмонтованих у гідроізоляційне покриття. Тут застосовано грибовидні блискавкоприймачі, які дозволяють вільно пересуватися поверхнею даху. Розташовані вони у вузлах блискавкозахисної сітки, яка відповідає обраному класу споруди. Конусна ніжка такого «грибка» (рис. 16) герметично проходить крізь гідроізоляційні покриття, відводячи струм блискавки проводами, схованими під шарами покрівлі.

Для того, щоб зробити каркас фасадної системи настільки ж дієвим блискавковідводом, належить забезпечити надійний електричний контакт у місцях механічних з’єднань, а температурні розриви зашунтувати гнучкими перемичками (рис. 17а).

          Автор аж ніяк не закликає до фанатизму у справі створення електричних з’єднань фасадних систем. З таблиці 5 випливає, що залежно від обраного класу захисту споруди, з’єднання належить робити лише на тих вертикалях, які відповідають рекомендованому кроку струмовідводів уздовж фасаду. Про те, наскільки придатними для відведення струму блискавки є існуючі механічні з’єднання елементів каркаса між собою, читач може судити з даних таблиці 6, зіставивши їх з результатами обстеження тієї фасадної системи, з якою йому доведеться мати справу.

Для більшої надійності, у сумнівних випадках, поверх фасадної конструкції прокладають круглий провод Ø8 мм з алюмінію або сталі, відповідно, приєднуючи його електрично і механічно заклепками за допомогою фігурних хомутів (рис. 17б).

Вимушені рішення

Насамкінець — декілька порад на той випадок, якщо нас з Вами запросили для влаштування блискавковідводів надто пізно, аби застосовувати оптимальні рішення. Найбільше складнощів виникає з прокладенням струмовідводів фасадами, приєднанням їх до заземлювачів і влаштуванням заземлюючих пристроїв. Не так споруджувані, як реконструйовані споруди потребуватимуть найбільшої вигадливості з Вашого боку. Деякі з наведених технічних рішень надаються також і до приватних споруд котеджного типу.

Проблема 1. Струмовідвод у штробі аж під поверхню ґрунту. Як вже зазначалося раніше, фасадні системи часто-густо не доводяться до поверхні землі на 4–6 м, оскільки цокольна частина споруди опоряджена каменем.  Прокладати спуск дозволяють тільки під опорядженням, тому здійснити перехід з круглого провода Ø8 мм на штангу Ø16 мм або штабу просто ніде. Не вдається дістати дозвіл навіть на вмуровування у цоколь контактної шафи, аби там влаштувати це контрольне з’єднання. Залишається робити його на рівні ґрунту у спеціальному колодязі (рис. 18), який має рухому перемичку і встановлюється врівень з поверхнею асфальту або фігурної плитки (поляки називають їх «костка», а ми ФЕМами, так що абревіатура для фотоелектричних модулей є вже зайнятою). Увага! Приєднувати проводи до арматури всередині колодязя настійно рекомендується після влаштування фінішного покриття. Інакше можливе руйнування ізоляційних елементів перемички внаслідок осідання колодязя (наприклад, під тиском асфальтового котка).

Проблема 2. Струмовідвод надто близько до входу. Якщо немає іншого рішення, як тільки спуститися колонами, розташованими менш ніж за 3 м від місць, якими проходять люди, належить зробити колони металевими, включивши струмовідводи у склад колони (скажімо, облицювавши її декоративним металом).

Проблема 3. Розгалужені підземні приміщення. В Україні, на відміну від більшості європейських країн, немає обмежень на вихід підземних приміщень за межі плями, яку займає основна висотна споруда. Оскільки у нашому випадку про заземлення заздалегідь не подумали, струмовідводи, дійшовши до нульової відмітки, «впираються» у підземні приміщення (торгові, складські, паркінги тощо), крізь які ніхто для нас з Вами завчасно струмовідводів колонами не проклав. Важко буде доводити інвесторові необхідність влаштування системи вирівнювання потенціалів внаслідок прокладання довгих горизонтальних проводів від струмовідводів до заземлюючих пристроїв. Сподіваємося, що таких недолугих випадків Вам не трапиться.

Яким докладним не був би виклад, він не в стані описати всі ситуації, з якими Вам, шановний читачу, доведеться зіткнутися у практичній роботі. Хочу побажати Вам наполегливості, доброго знання норм, вигадливості у дотриманні їхніх вимог —тобто всього того, що притаманне кваліфікованому спеціалісту. Адже одне з визначень інженера — людина, яка вміє робити прості речі.

Частина третя >>>

Євген БАРАННИК,

провідний спеціаліст з блискавкозахисту

і електромагнітної сумісності

ТОВ «ОБО Беттерманн Україна»

                                                                                                             № 4 (29) 2006