Почему нельзя делать молниезащиту с одним токоотводом?
Согласно СО 153-34.21.122-2003, п. 3.2.2.1, ток при ударе молнии должен растекаться по нескольким путям. Этому требованию соответствует один из двух вариантов. Или качестве токоотвода применяется железобетонная арматура и другие металлические элементы конструкции здания. Или устанавливаются несколько токоотводов.
В качестве причины того, почему ток должен растекаться по нескольким путям, в СО 153-34.21.122-2003 указана необходимость избежать искрения. Что это за искры и в чем причина их возникновения?
Токоотвод, как и любой проводник, обладает индуктивностью. При быстром росте силы тока, что характерно для удара молнии, на проводнике наводится ЭДС.
U = LA,
где L – индуктивность проводника, A – скорость роста силы тока.
В свою очередь,
A = dI/dt, где I – сила тока, а t – время.
Максимальное значение U оценивается в 100 кВ на 1 м длины токоотвода. То есть напряжение относительно земли в отдельных точках токоотвода может достигать нескольких миллионов вольт! Естественно, это может приводить к пробою на близко расположенным к токоотводу металлические элементы конструкции здания. Т.е. к тому самому искрению, необходимость предотвращения которого указана в нормах.
В результате удара молнии в токоотводе возникает ЭДС, достигающая 100 кВ/м.
In = I/n
An = dIn/dt = A/n
Un = LA/n = U/n
Отсюда вывод - при увеличении количества параллельных молниеотводов в n раз ЭДС на них, обусловленная ударом молнии, уменьшится в n раз. Вот почему увеличение путей растекания тока приводит к снижению вероятности искрения.
Электромагнитные влияния
Изолированный токоотвод
В изолированных системах обеспечивается воздушный зазор между токоотводом и стеной защищаемого здания порядка 1 м, для чего токоотвод устанавливается на специальных диэлектрических кронштейнах. При этом искрение практически исключено. Однако такой способ монтажа токоотвода портит внешний вид здания. Более современный и при этом дорогой вариант — применение токоотвода с изоляцией, способной выдерживать напряжение до 2 млн. вольт. Из-за возможных проблем с эстетикой и более высокой цены изолированные системы молниезащиты используются пока реже обычных.
Надежность и безопасность
Для уменьшения шагового напряжения при ударе молнии по периметру здания устанавливается несколько заземлителей. Естественно, они все объединяются единым контуром. Тем не менее, подключение к каждому из таких заземлителей своего токоотвода обеспечивает передачу электрического заряда по кратчайшему пути.
