Рд молниезащита зданий и сооружений: РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений / 34 21 122 87

Пособие к РД 34.21.122-87 Пособие к Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений / 34 21 122 87

Нормативные документы в сфере деятельности
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору

Серия 17

Документы по надзору
в электроэнергетике

Выпуск 27

УСТРОЙСТВО МОЛНИЕЗАЩИТЫ
ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ
И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Сборник документов

Москва
ЗАО НТЦ ПБ
2017

Составители:

д.т.н. Э.М. Базелян — ЭНИН им. Г.М. Кржижановского,
В.И. Поливанов, В.В. Шатров, А.В. Цапенко

Инструкции предназначены для использования при разработке проектов, строительстве, эксплуатации, а также при реконструкции зданий и промышленных сооружений.

Пособие к Инструкции
по устройству молниезащиты зданий и сооружений
(РД 34.21.122-87)

Настоящее пособие ставит задачей пояснить и конкретизировать основные положения Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87), а также ознакомить специалистов, занятых разработкой и проектированием молниезащиты различных объектов, с существующими представлениями о развитии молнии и ее параметрах, определяющих опасные воздействия на человека и материальные ценности. Приводятся примеры исполнения молниезащиты зданий и сооружений различных категорий в соответствии с требованиями РД 34.21.122-87.

Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением.

Разряд молнии начинается с развития лидера — слабо светящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера — от облака вниз или от наземного сооружения вверх — молнии разделяются на нисходящие и восходящие. Данные о нисходящих молниях накапливались продолжительное время в нескольких регионах земного шара. Сведения о восходящих молниях появились лишь в последние десятилетия, когда начались систематические наблюдения за грозопоражаемостью очень высоких сооружений, например Останкинской телевизионной башни.

Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов в грозовом облаке, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последнего поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.

Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается. Сам факт появления и устойчивого развития восходящего лидера определяет место поражения. На равнинной местности восходящие молнии поражают объекты высотой более 150 м, а в горных районах возбуждаются с остроконечных элементов рельефа и сооружений меньшей высоты и потому наблюдаются чаще.

Рассмотрим сначала процесс развития и параметры нисходящей молнии. После установления сквозного лидерного канала следует главная стадия разряда — быстрая нейтрализация зарядов лидера, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений, варьирующихся от единиц до сотен килоампер. При этом происходит интенсивный разогрев канала (до десятков тысяч кельвин) и его ударное расширение, воспринимаемое на слух как раскат грома. Ток главной стадии состоит из одного или нескольких последовательных импульсов, наложенных на непрерывную составляющую. Большинство импульсов тока имеет отрицательную полярность. Первый импульс при общей длительности в несколько сотен микросекунд имеет длину фронта от 3 до 20 мкс; пиковое значение тока (амплитуда) варьируется в широких пределах: в 50 % случаев (средний ток) превышает 30 кА, а в 1 — 2 % случаев 100 кА. Примерно в 70 % нисходящих отрицательных молний за первым импульсом наблюдаются последующие с меньшими амплитудами и длиной фронта: средние значения соответственно 12 кА и 0,6 мкс. При этом крутизна (скорость нарастания) тока на фронте последующих импульсов выше, чем для первого импульса.

Ток непрерывной составляющей нисходящей молнии варьируется от единиц до сотен ампер и существует на протяжении всей вспышки, продолжающейся в среднем 0,2 с, а в редких случаях 1 — 1,5 с.

Заряд, переносимый в течение всей вспышки молнии, колеблется от единиц до сотен кулон, из которых на долю отдельных импульсов приходится 5 - 15 Кл, а на непрерывную составляющую 10 — 20 Кл.

Нисходящие молнии с положительными импульсами тока наблюдаются примерно в 10 % случаев. Часть из них имеет форму, аналогичную форме отрицательных импульсов. Кроме того, зарегистрированы положительные импульсы с существенно большими параметрами: длительностью около 1000 мкс, длиной фронта около 100 мкс и переносимым зарядом в среднем 35 Кл. Для них характерны вариации амплитуд тока в очень широких пределах: при среднем токе 35 кА в 1 — 2 % случаев возможно появление амплитуд свыше 500 кА.

Накопленные фактические данные о параметрах нисходящих молний не позволяют судить об их различиях в разных географических регионах.

Восходящая молния развивается следующим образом. После того как восходящий лидер достиг грозового облака, начинается процесс разряда, сопровождающийся примерно в 80 % случаев токами отрицательной полярности. Наблюдаются токи двух типов: первый — непрерывный безимпульсный до нескольких сотен ампер и длительностью в десятые доли секунды, переносящий заряд 2 — 20 Кл; второй характеризуется наложением на длительную безимпульсную составляющую коротких импульсов, амплитуда которых в среднем составляет 10 — 12 кА и лишь в 5 % случаев превышает 30 кА, а переносимый заряд достигает 40 Кл. Эти импульсы сходны с последующими импульсами главной стадии нисходящей отрицательной молнии.

В горной местности восходящие молнии характеризуются более длительными непрерывными токами и большими переносимыми зарядами, чем на равнине. В то же время вариации импульсных составляющих тока в горах и на равнине отличаются мало. На сегодняшний день не выявлена связь между токами восходящей молнии и высотой сооружений, с которых они возбуждаются. Поэтому параметры восходящих молний и их вариации оцениваются как одинаковые для любых географических регионов и высот объектов.

В РД 34.21.122-87 данные о параметрах токов молнии учтены в требованиях к конструкциям и размерам средств молниезащиты.

Например, минимально допустимые расстояния от молниеотводов и их заземлителей до объектов I категории (пп. 2.3 — 2.5*) определены из условия поражения молниеотводов нисходящими молниями с амплитудой и крутизной фронта тока в пределах 100 кА и 50 кА/мкс соответственно. Этому условию соответствует не менее 99 % случаев поражения нисходящими молниями.

__________

* Здесь и далее пункты Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87).

Об интенсивности грозовой деятельности в различных географических пунктах можно судить поданным разветвленной сети метеорологических станций о повторяемости и продолжительности гроз, регистрируемых в днях и часах за год по слышимому грому в начале и конце грозы. Однако более важной и информативной характеристикой для оценки возможного числа поражений объектов молнией является плотность ударов нисходящих молний на единицу земной поверхности.

Плотность ударов молнии в землю сильно колеблется по регионам земного шара и зависит от геологических, климатических и других факторов. При общей тенденции роста этого значения от полюсов к экватору оно, например, резко сокращается в пустынях и возрастает в регионах с интенсивными процессами испарения. Особенно велико влияние рельефа в горной местности, где грозовые фронты преимущественно распространяются по узким коридорам, поэтому в пределах небольшой площади возможны резкие колебания плотности разрядов в землю.

В целом по территории земного шара плотность ударов молнии варьируется практически от нуля в приполярных областях до 20 — 30 разрядов на 1 км² земли за год во влажных тропических зонах. Для одного и того же региона возможны вариации от года к году, поэтому для достоверной оценки плотности разрядов в землю необходимо многолетнее усреднение.

В настоящее время ограниченное количество пунктов земного шара оборудовано счетчиками молний, и для небольших территорий возможны непосредственные оценки плотности разрядов в землю. В массовых масштабах регистрация числа ударов молнии в землю пока невыполнима из-за трудоемкости и недостатка надежной аппаратуры.

Однако для географических пунктов, в которых установлены счетчики м

Нормы, правила и ГОСТы по молниезащите

Необходимость обустройства качественных систем молниезащиты жилых и промышленных зданий особенно остро возникла в начале прошлого столетия во времена всеобщей индустриализации и электрификации, актуальна она и в настоящее время. Сегодня ежедневно на планете Земля наблюдается около 44-45 тысяч гроз, которые могут привести к выходу электроприборов из строя, повреждению целостности зданий и построек, пожарам и гибели людей.

Для создания работоспособных, эффективных и оптимальных для каждого объекта систем разработаны общепризнанные нормативы проектирования и организации молниезащиты. Существуют международные и отечественные стандарты и правила. Кроме того, в России различают отраслевые и корпоративные стандарты (например, Газпрома, МОЭК и т.п.). В основу всех норм, регламентирующих проектирование молниезащиты, положен многолетний опыт человечества по организации электробезопасности жилых домов и промышленных предприятий, а также особенности современных построек.

Российские нормативы в области молниезащиты

Создание отечественной нормативной базы по проектированию комплекса мер для обеспечения молниезащиты берет начало в 30-х годах минувшего века. Первоначально были разработаны требования и правила для производственных зданий и сооружений, а также линий электропередач. В 50-х годах прошлого столетия эти требования начали использоваться для частных домов. Позже с учетом многолетних наблюдений и исследований электромагнитной обстановки во время удара молнии на территории бывших союзных республик Министерство энергетики СССР ввело Инструкцию по обустройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87. Эта инструкция, как наследие, действует до сих пор. Однако она давно устарела, поэтому для создания современных систем громоотводов пользуются международными стандартами, установленными Международной электротехнической комиссией (МЭК) и российскими инструкциями более поздних редакций.

В России специалисты и сейчас для создания ряда мер молниезащиты ориентируются на требования и нормы, изложенные в советской инструкции РД 34.21.122-87 (скачать в pdf>>). Данный норматив является первичным документом, на который опираются профессионалы при выборе схемы конструкции громоотводов на этапе проектирования зданий и сооружений. Она дает толкование всех важных терминов и понятий, описывает требования к органзации защиты от молний и к конструкциям громоотводов, а также расчет молниеотводов. Именно она классифицирует здания и позволяет определить необходимый уровень защиты. К недостатком РД 34.21.122-87относят отсутствие описаний нормативов по организации молниезащиты для склада взрывчатых веществ и пороха, а также в ней нет рекомендаций по выбору материалов для заземлений и т.д. Дополнить и обновить положения советского документа попытались в «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» СО-153-34.21.122-2003 (скачать в pdf>>). Она включает нормы грозозащиты в коммуникациях.

Седьмая редакция ПУЭ (Правила устройства электроустановок 7-е издание, Главы 2.4, 2.5, 4.2) разработана с учетом всех видов и типов электрического оснащения и агрегатов. В этом издании собраны все базовые требования электробезопасности и заземления, используемые при обустройстве защиты от удара молнией промышленных и бытовых объектов. Подвести российские стандарты к мировым требованиям IEC в декабре 2011 года позволили первая и вторая часть ГОСТа Р МЭК 62305-1-2010 «Защита от молнии», а также ГОСТ Р 50571-4-44-2011 «2011 Электроустановки низковольтные. Требования по обеспечению безопасности. Защита от скачков напряжения и электромагнитных помех» (действует с 01.07.2012). Этот документ регламентирует основные нормы по организации безопасности низковольтных установок при появлении отклонений напряжения и электромагнитных помех. Этот стандарт не действует на системы распределения электричества населению, на промышленные объекты и на системы для генерирования и выдачи электроэнергии для них.

Требования к механизмам защиты электрических сетей и электрооборудования при прямом или косвенном влиянии грозовых или иных переходных перегрузок для коммутации к силовым цепям переменного тока (частотой 50 — 60 Гц), постоянного тока и к оснащению с номинальным напряжением до 1000 В (действующее значение) или 1500 В постоянного тока подробно изложены в ГОСТе Р 51992-2011 (МЭК 61643-1-2005) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний» (с 01.07.2012).

Принципы подбора, монтирования и координации устройств грозозащиты от импульсных перенапряжений, предназначенных для подсоединения к силовым цепям переменного тока (частотой 50-60 Гц) или постоянного тока и к оборудованию на номинальное напряжение до 1000 В (действующее значение) переменного тока или 1500 В постоянного тока описаны в ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 «Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и использования» (с 01.01.2013).

Все основные требования при прямом или косвенном воздействии грозовых или прочих переходных перенапряжений к устройствам для защиты телекоммуникационных и сигнализационных сетей с обозначенными напряжениями системы до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока регламентируются ГОСТом Р 54986-2012 (МЭК 61643-21: 2009) «Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 21. УЗИП для систем телекоммуникации и сигнализации (информационных систем). Требования к работоспособности и методы испытаний» (с 01.07.2013).

Группа стандартов МЭК (IEC) и их связь

Развитие науки и электротехники не стоит на месте. Наиболее полно, детально и качественно современные мероприятия по грозозащите отображены во всемирных нормативах МЭК «Защита от воздействия молнии МЭК 62305:2010».

Стандарт «Защита от воздействия молнии МЭК 62305:2010» определяет базовые правила защиты от порчи молнией любых построек, живущих в них животных и людей, разных инженерных коммуникаций и систем и иных конструкций относящихся к ним, кроме железнодорожной системы, автотранспорта, воздушных и водных транспортных средств, подземных трубопроводов повышенного давления и т.п.

Нормативы МЭК включают стандарт, определяющий общие положения и описывающий потенциально возможные последствия и опасность молний 62305-1. Потребность организации защиты определяется в соответствии с системой расчета риска и с учетом материального эффекта от установки мер защиты от ударов молнии описывает стандарт 62305-2. Третья часть МЭК 62305:2010 посвящена описанию мер безопасности, требуемых для снижения показателей аварий в постройках и сведения к минимуму уровня опасности для жизни и здоровья людей, находящихся внутри. В четвертой части данного стандарта описан комплекс мер для понижения числа отказов электросистем, приборов и устройств внутри зданий.

Взаимосвязь группы правил МЭК 62305:2010 определяется уровнем опасности поражения молнией объекта и риском возникновения возможных повреждений. При повышенном риске прямого попадания молнии и необходимости обустройства внешней защиты от прямых ее ударов в строения пользуются требованиями стандарта 62305-3:2010. При повышенной опасности поражения электрооборудования и порчи электросетей от вторичного воздействия молнии актуален стандарт 62305-4:2010.

Сравнение отечественных стандартов и МЭК

Современные специалисты, занимающиеся вопросами проектировки и создания молниезащиты современных построек любого назначения, отмечают, что требования МЭК гораздо строже в сравнении с инструкцией советских времен и даже более поздними российскими изданиями ГОСТов. Как правило, если российские Инструкции не дают полный объем необходимой информации для правильного и эффективного создания защиты от молний, профессионалы используют признанные в мире стандарты МЭК.

Наиболее ярким отличием, например инструкции РД 34.21.122-87 от норм IEC при создании внешней защиты является, отсутствие подробного описания организации молниеприемной сети для сложных рельефных крыш, а также отсутствие рекомендаций по рекомендуемым к использованию материалов для заземлений и т.д. При обустройстве внутренней системы защиты стандарты МЭК детально описывают применение разрядников без искровых промежутков для предотвращения пожаров, выхода из строя бытовой техники, промышленного оборудования и внутренних сетей.

Более подробно о сравнении стандартов IEC и DIN и отчественных нормативов читайте в статье «Анализ нормативно-технического обеспечения молниезащиты».

Интересные материалы по этой теме:

Нормативные требования к молниезащите

Еще раз коротко самое главное о стандартизации.

Состав системы молниезащиты по стандартам IEC (МЭК)

Кратко о том, что входит в состав комплекса мероприятий по защите от молний и гроз по мнению Международной электротехнической комиссии, а также взаимосвязанные решения в области внешней и внутренней молниезащиты. 

Требования к элементам внешней молниезащиты

Какие испытания проходят элементы молниеприемные системы, соединительные компоненты, проводники, заземляющие электроды? Описание методик проверки, имитирующих воздействие естественных атмосферных условий и воздействие коррозии на компоненты.

Почему молниезащита зданий и сооружений

Удар молнии прямо в здание вызывает пожар из-за деформации материалов, резкого и сильного повышения их температуры. Поэтому молниезащита зданий и сооружений является необходимым элементом оборудования любого гражданского, административного или промышленного объекта. Это комплекс технических мер по обеспечению безопасности зданий, оборудования, имущества и людей в здании. И это далеко не надуманная проблема, поскольку на планете в среднем происходит более 40 тысяч гроз в день.Но в современном мире есть еще один аспект — повреждение или полный отказ электронного оборудования в результате перегрузки, вызванной даже удаленными разрядами молнии. И это очень серьезная проблема во времена компьютеров и интернета.

Для того, чтобы этого не произошло, система комплексной молниезащиты зданий и сооружений. Попадание молнии в линию электропередачи даже в нескольких сотнях метров от объекта вызывает мощный импульс, который может перемещаться в близлежащие здания, отключать инженерные коммуникации и создавать пожар.В связи с различными угрозами были разработаны две системы: внешняя молниезащита зданий и сооружений и внутренняя. Каждый из них призван решать конкретные задачи.

Внешняя система должна ловить молнию, направляясь к зданию, транспортировать ее через специальный кран на землю, при этом полностью блокируя возможность нанести ущерб сооружению и находящимся в нем людям. Внутренняя молниезащита может снизить электромагнитное воздействие на системы связи, расположенные на площадке.Такие системы в обязательном порядке внедряются нормативными документами как на этапах разработки проекта, строительства или реконструкции, так и на период эксплуатации всех видов объектов и промышленных коммуникаций независимо от форм собственности и ведомственной собственности. Но ситуация далеко не так проста, поскольку есть два документа: молниезащита зданий и сооружений SB 153-34.21.122-2003 и RD 34.21.122-87. Эти инструкции не эквивалентны.

В принципе, устройство молниезащиты зданий и в зависимости от того, какие функции оно должно выполнять.Внешняя система состоит из молниеотвода, токопровода и заземляющего элемента. Внутренняя сложнее — молниеотводы, устройства защиты от перенапряжений, искрогасители и газоразрядники, молниезащитные барьеры. В странах Америки и Европы требования к этим системам намного выше, чем в нашей стране. Устройства молниезащиты там активируют свои функции уже в случае угрозы разряда благодаря специальным датчикам, способным обнаруживать повышение напряжения в атмосфере.Это так называемые стержневые молниеотводы. Они способны защитить гораздо большую площадь.

С незапамятных времен люди понимали, что качественная молниезащита зданий и сооружений заключается в обеспечении безопасности людей и имущества от угрозы пожара и смерти. Это в первую очередь гарантия собственного благополучия.

,

Расчет молниезащиты для здания / сооружения

Пример: Вычислить, требуется ли молниезащита для следующего здания. Рассчитать № вниз проводника для молниезащиты

Площадь Здания / Строения:

• Длина здания (L) = 60 метров.
• Ширина здания (W) = 28 метров.
• Высота здания (H) = 23 метра.

Плотность промывки молнии

• Количество грозы (N) = 80.00 дней / год
• Плотность молнии (Нг) = 69 км2 / год
• Применение структуры (A) = Дома и здания
• Тип конструкций (B) = Стальная рама, без металлической крыши
• Конкурсы или последствия (C) = Бытовые / Офисные здания
• Степень изоляции (D) = Структура на большой территории, имеющая большую высоту
• Тип страны (E) = Плоская страна на любом уровне
• Максимально допустимый общий коэффициент риска = 0.00000001

Справочная таблица согласно IS: 2309
Дней Грозы / Год	Плотность молнии (Вспышки на землю / км 2 / год)
5	0,2
10	0,5
20	1,1
30	1,9
40	2.8
50	3,7
60	4,7
80	6,9
100	9,2

Применение структуры	Фактор
Дома и Здания	0,3
Дома и Здания с наружной антенной	0.7
Заводы / Мастерская / Лаборатории	1
Офисные блоки / Гостиница	1,2
Многоквартирный жилой дом	1,2
Церкви / Залы / Театры / Музеи, Выставки	1,3
Универмаги / Почтовые отделения	1,3
Вокзалы / Аэропорты / Стадион	1,3
Школы / Больницы / Детский дом	1.7
Другие	1,2

Тип конструкций	Фактор
Стальной каркас без металлической крыши	0,2
Железобетон без металлической крыши	0,4
Стальная рама с металлической крышей	0,8
Железобетон с металлической крышей	1
Кирпич / Обычный бетон или кладка без Металлической Крыши	1.4
Древесина в каркасе или без металлической крыши	1,7
Кирпич / Бетон или кирпичная кладка с металлической крышей	2
Древесина, обрамленная или покрытая металлической крышей

Конкурсы или последующие эффекты	Фактор
Бытовые / Офисные Здания	0,3
Заводы / Мастерская	0.3
Промышленные и сельскохозяйственные здания	0,8
Электростанции / Газовый завод	1
Телефонная станция / Радиостанция	1
Промышленные ключевые заводы, Древние памятники	1,3
Исторические здания / Музеи / Художественные галереи	1,3
Школы / больницы / детские дома	1.7

Степень изоляции	Фактор
Структура на большой площади, имеющая большую высоту	0,4
Структура расположена в области той же высоты	1
Структура полностью изолирована	2

Расчет:

Зона сбора (Ac) = (Д х Ш) + 2 (Д х В) + 2 (Ш х В) + (3.14 х ч3)

• Зона сбора (Ac) = (60 × 28) + 2x (60 × 23) + 2x (28 × 23) + (3,14x23x23)
• Площадь сбора (Ac) = 7389 Метр2

Вероятное количество ударов по зданию / сооружению (P) = Ac x Ng x 10 ^-6 Нет / год

• Вероятное количество ударов по зданию / сооружению (P) = 7389x69x10 ^{— 6} Нет / год
• Вероятное количество ударов по зданию / сооружению (P) = 05098 Нет / год

Общий коэффициент умножения (M) = A x B x C x D x E

• Применение структуры (A) = дома и здания согласно коэффициенту умножения таблицы = 0.3
• Тип конструкций (B) = Стальная рама в корпусе без металлической кровли согласно коэффициенту умножения таблицы = 0,2
• Конкурсы или сопутствующие эффекты (C) = домашние / офисные здания согласно коэффициенту умножения таблицы = 0,3
• Степень изоляции (D) = Структура на большой площади, имеющая большую высоту согласно коэффициенту умножения таблицы = 0,4
• Тип страны (E) = Плоская страна на любом уровне, согласно коэффициенту умножения таблицы = 0,3
Общий коэффициент умножения
• (М) = 0.3 × 0,2 × 0,3 × 0,4 × 0,3
Общий коэффициент умножения
• (М) = 0,00216

Общий рассчитанный коэффициент риска (xc) = M x P

• Общий рассчитанный коэффициент риска (хс) = 0,00216 х 0,05098
• Общий рассчитанный коэффициент риска (хс) = 000110127

Базовая площадь конструкции (Ab) = (ДхШ)

• Базовая площадь конструкции (Ab) = 60 × 28
• Базовая площадь конструкции (Ab) = 1680 м 2

Периметр конструкции (P) = 2x (Д + Ш)

• Периметр структуры (P) = 2x (60 + 28)
• Периметр структуры (P) = 176 метров

Требуется молниезащита или нет

• Если рассчитывается общий коэффициент риска, рассчитанный> максимально допустимый общий коэффициент риска, кроме требуемой защиты от освещения
• Здесь рассчитывается общий коэффициент риска 0.000110127> Максимально допустимый общий коэффициент риска — 00000001
• Требуется молниезащита

Нет отводящего провода

• понижающих проводника в соответствии с базовой областью (структурами) = 1 + (Ab-100) / 300
• понижающих проводников согласно базовой площади (ам) структуры = 1 + (1680-100) / 300
• понижающих проводников согласно базовой площади (ам) структуры = 6 нет
• вниз проводников по периметру структуры (т) = P / 30
• вниз проводников по периметру структуры (т) = 176/30
• вниз проводников по периметру структуры (т) = 6 нет
• Минимальное количество нетоковых проводников равно 6 Нет

Результаты:

• Требуется молниезащита
• понижающих проводника согласно базовой зоне (ам) структуры = 6 Нет
• вниз проводников по периметру структуры (т) = 6 Нет
• Минимальное количество нетоковых проводников равно 6 Нет

Лайк:

Лайк Загрузка…

Похожие

,

ударов молнии: защита, проверка и ремонт

При ударе молнии по коммерческим самолетам результат может варьироваться от отсутствия повреждений до серьезных повреждений, требующих капитального ремонта, который может вывести самолет из эксплуатации на длительный период времени. Понимание типичного воздействия ударов молнии и надлежащих процедур проверки повреждений может подготовить операторов к быстрым действиям, когда, как сообщается, удар молнии применяет наиболее эффективные действия по техническому обслуживанию.

Эта статья помогает обслуживающему персоналу и летным экипажам понять явления удара молнии и помогает операторам понять требования к осмотру повреждения от удара молнии и связанный с этим эффективный ремонт, повышающий эффективность обслуживания удара молнии.

Обзор молнии

Частота ударов молнии, испытываемых самолетом, зависит от нескольких факторов, в том числе от географического района, в котором работает самолет, и от того, как часто самолет проходит через высоты взлета и посадки, где молниеносная активность наиболее распространена.

Молниеносная активность может сильно различаться в зависимости от географического положения. Например, в Соединенных Штатах в некоторых частях Флориды в среднем 100 грозовых дней в году, тогда как на большей части Западного побережья в среднем только 10 грозовых дней в году. В остальном мире молния имеет тенденцию происходить чаще всего возле экватора, потому что тепло в этом регионе способствует конвекции, создавая широко распространенные грозы почти ежедневно. Карта молний мира НАСА показывает географическое распределение молний (см. Рис.1). Области наибольшей активности показаны оранжевым, красным, коричневым и черным. Области низкой активности: белый, серый, фиолетовый и синий. Молниеносная активность самая низкая в океанах и полярных областях. Это самый высокий из теплых континентальных районов. Нумерованная шкала представляет вспышки молнии на квадратный километр в год.

Рисунок 1. Молниеносная деятельность в мире

На этой карте показано глобальное распределение молний с апреля 1995 г. по февраль 2003 г. на основе комбинированных наблюдений оптического переходного детектора Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) (апрель 1995 г. — март 2000 г.) и наземных информационных систем (январь 1998 г. — февраль 2003 г.) ,Изображение предоставлено НАСА.

молниеносных наблюдений за апрель 1995 года по февраль 2003 года

Плотность вспышки (мигает / км2 / год)

В облаках, во время подъема и спуска полета происходит больше ударов молнии реактивного самолета, чем в любой другой фазе полета (см. Рис. 2). Причина в том, что молния более распространена на высоте от 5000 до 15000 футов (от 1524 до 4572 метров) (см. Рис. 3). Самолеты, которые летят короткими маршрутами в районах с высокой частотой молниеносной активности, вероятно, будут поражаться чаще, чем самолеты дальнего следования, работающие в более благоприятных условиях молнии.

Рисунок 2. Удары молний в самолете из-за ориентации облаков

Большинство ударов молнии самолета происходит, когда самолет летит в облаках.

Ориентация в облаке	процентов от общего числа сообщений *
выше	<1%
В пределах	96%
ниже	3%
Между	<1%
рядом с	<1%

* Шестьдесят два удара не сообщили об ориентации облаков во время удара.

Источник: Рисунок 2 адаптирован из проекта «Отчеты о молниеносных ударах» от авиакомпании «Дж. Андерсон Пламмер», Lightning Technologies Inc., август 2001 г.

Рисунок 3: Распределение ударов молнии по высоте

Исследование коммерческих самолетов США показало, что большинство ударов молнии происходит на высоте 5000 футов (1524 метра) и 15000 футов (4572 метра).

Источник: данные на рисунках 3 и 4 были адаптированы на основе данных по молниезащите воздушных судов Франклина А.Фишер, Дж. Андерсон Пламмер и Родни А. Перала, 2-е изд., Lightning Technologies Inc., 2004.

Один заряд молнии может содержать до 1 миллиона вольт или 30000 ампер. Количество и тип повреждения, которое самолет испытывает при ударе молнией, может сильно различаться в зависимости от таких факторов, как уровень энергии удара, места крепления и выхода, а также продолжительность удара.

Из-за этих различий между событиями, связанными с ударом молнии, можно ожидать, что чем чаще самолет получает удар от сильной молнии, тем выше вероятность того, что некоторые из этих событий приведут к уровням ущерба, которые могут потребовать ремонта.

Наибольшая вероятность прикрепления молнии к самолету — это внешние конечности, такие как кончик крыла, нос или руль направления. Удары молнии происходят чаще всего на этапах набора высоты и снижения на высоте от 5000 до 15000 футов (от 1524 до 4572 метров). Вероятность удара молнии значительно уменьшается выше 20 000 футов (6096 метров).

Семьдесят процентов всех ударов молнии происходит во время дождя. Существует тесная взаимосвязь между температурами около 32 градусов F (0 градусов C) и ударами молний по самолетам.Большинство ударов молнии по самолетам происходит при почти низких температурах.

Условия, которые вызывают осадки, могут также привести к электрическому накоплению энергии в облаках. Эта доступность электрической энергии связана с осадками и созданием облаков. Большинство ударов молнии, воздействующих на самолеты, происходят весной и летом.

Хотя 70% случаев удара молнии происходит во время осадков, молния может поражать самолеты на расстоянии до пяти миль от электрического центра облака.Приблизительно 42 процента ударов молнии, сообщенных пилотами авиакомпании, были испытаны без гроз, о которых сообщили пилоты в непосредственной близости.

Взаимодействие молний с самолетами

Молния изначально прикрепляется к оконечности самолета в одном месте и выходит из другого (см. Рис. 4). Как правило, первым креплением является обтекатель, передняя часть фюзеляжа, гондола, опора или кончик крыла.

Рисунок 4. Как молния прикрепляется к самолету

Молния инициируется на передних кромках самолета, которые ионизируются, создавая возможность удара.Молниеносные токи движутся вдоль самолета и выходят на землю, образуя цепь с самолетом между энергией облака и землей.

На начальных этапах удара молнии в самолете может быть видно свечение на кончиках носа или крыла, вызванное ионизацией воздуха, окружающего передние кромки или острые точки конструкции самолета. Эта ионизация вызвана увеличением плотности электромагнитного поля в этих местах.

На следующем этапе удара ступенчатый лидер может покинуть самолет из ионизированной области в поисках большого количества энергии молнии в ближайшем облаке.Ступенчатые лидеры (также называемые «лидерами») относятся к пути ионизированного воздуха, содержащего заряд, исходящий от заряженного самолета или облака. С самолетом, летящим через заряженную атмосферу, лидеры распространяются от оконечностей самолета, где сформировались ионизированные области. Как только лидер с самолета встречает лидера из облака, удар по земле может продолжаться, и самолет становится частью события. В этот момент пассажиры и члены экипажа могут увидеть вспышку и услышать громкий шум, когда молния попадает в самолет.Значимые события редки из-за молниезащиты, встроенной в самолет, и его чувствительных электронных компонентов.

После навеса самолет пролетает сквозь событие молнии. Когда удар наносит удар, лидер вновь присоединяется к фюзеляжу или другой конструкции в других местах, пока самолет находится в электрической цепи между областями облаков противоположной полярности. Ток проходит через проводящую внешнюю оболочку и структуру самолета и выходит из другой конечности, такой как хвост, в поисках противоположной полярности или земли.Пилоты могут иногда сообщать о временном мерцании огней или кратковременном вмешательстве в работу приборов.

Типичные эффекты ударов молнии

Компоненты самолета, изготовленные из ферромагнитного материала, могут сильно намагничиваться при воздействии тока молнии. Большой ток, протекающий от удара молнии в конструкции самолета, может вызвать эту намагниченность.

Хотя электрическая система в самолете спроектирована так, чтобы быть устойчивой к ударам молнии, удар необычайно высокой интенсивности может повредить такие компоненты, как топливные клапаны с электрическим управлением, генераторы, питатели и электрические распределительные системы.

Молниезащита для коммерческих самолетов

Большинство наружных частей устаревших самолетов имеют металлическую конструкцию с достаточной толщиной, чтобы быть устойчивой к удару молнии. Эта металлическая сборка является их основной защитой. Толщина металлической поверхности достаточна для защиты внутреннего пространства самолета от удара молнии. Металлическая обшивка также защищает от попадания электромагнитной энергии в электрические провода самолета. Хотя металлическая оболочка не препятствует попаданию всей электромагнитной энергии в электрическую проводку, она может поддерживать энергию на удовлетворительном уровне.

Осознавая природу и влияние ударов молнии, Boeing разрабатывает и испытывает свои коммерческие самолеты для защиты от удара молнии, чтобы обеспечить защиту в течение всего срока их службы. Выбор материала, выбор отделки, установка и применение защитных элементов являются важными методами уменьшения повреждения от удара молнии.

Области, которые имеют наибольшую вероятность прямой молнии, включают в себя некоторый тип молниезащиты.Боинг проводит испытания, обеспечивающие достаточную молниезащиту. Компоненты, находящиеся в местах, подверженных ударам молнии, должны иметь соответствующую молниезащиту.

Большой объем данных, собранных с самолетов, находящихся в эксплуатации, является важным источником информации о защите от удара молнии, которую Boeing использует для улучшения контроля повреждений от удара молнии, что позволит снизить значительные повреждения от удара молнии при надлежащем обслуживании.

Молниезащита на самолетах может включать в себя:

• Щитки из жгута проводов.
• Наземные ремни.
• Пленка из композитной структуры, проволочная сетка, алюминиевое пламенное напыление, встроенная металлическая проволока, металлические рамы для картин, полоски отвода, вкладыши из металлической фольги, стеклянная ткань с покрытием и алюминиевая фольга на связке.

Необходимые действия после удара молнии в самолет

Удары молнии в самолеты могут происходить без указания летного экипажа. Когда самолет поражен молнией, и удар очевиден для пилота, пилот должен определить, будет ли полет продолжаться до места назначения или будет перенаправлен в другой аэропорт для проверки и возможного ремонта.

Технические специалисты могут находить и определять повреждения от удара молнии, разбираясь в механизмах молнии и ее прикреплении к самолетам. Техники должны знать, что удары молнии могут не регистрироваться в журнале полетов, потому что пилоты, возможно, не знали, что удар молнии произошел на самолете. Базовое понимание ударов молнии поможет техническим специалистам в выполнении эффективного технического обслуживания.

Определение повреждений от удара молнии на коммерческом самолете

Удары молнии в самолеты могут повлиять на конструкцию в точках входа и выхода.В металлических конструкциях повреждение от молнии обычно проявляется в виде ям, следов ожогов или небольших круглых отверстий. Эти отверстия могут быть сгруппированы в одном месте или разделены вокруг большой площади. Обожженная или обесцвеченная кожа также демонстрирует повреждение от удара молнии.

Прямое воздействие удара молнии может быть выявлено по повреждению конструкции самолета, например, расплавлению, резистивному нагреву, точечной коррозии, признакам горения вокруг крепежных элементов и даже отсутствующим конструкциям на конечностях самолета, таким как вертикальный стабилизатор, крыло наконечники и края горизонтального стабилизатора (см. рис.5). Конструкция самолета также может быть разрушена ударными волнами во время удара молнии. Другим признаком удара молнии является повреждение, причиненное скрепляющим ремням. Эти ремни могут быть раздавлены во время удара молнии из-за высоких электромагнитных сил.

Рисунок 5: Молниезащита и урон от удара

по часовой стрелке сверху слева: повреждение молнии горизонтального стабилизатора, руля направления, антенны и перемычки.

Поскольку самолет летит больше, чем его собственная длина в течение времени, необходимого для начала и окончания удара, точка входа изменится, когда вспышка снова присоединится к другим точкам в кормовой части начальной точки входа.Свидетельством тому являются инспекции по удару, когда вдоль фюзеляжа самолета видны множественные ожоги (см. Рис. 6).

Рисунок 6: Ущерб, нанесенный молнией, движущейся вдоль самолета

При ударе молнии по самолету это может привести к повреждению «стреловидного удара».

Молния может также повредить составные конструкции самолета, если защитная отделка не нанесена, не спроектирована должным образом или не подходит. Это повреждение часто происходит в виде обгоревшей краски, поврежденного волокна и удаления композитного слоя (см. Рис.7).

Рисунок 7: повреждение молнии составного самолета

Композитные конструкции имеют меньшую проводимость, чем металл, вызывая более высокие напряжения. Это тип повреждения, которое может возникнуть, если отдел молниезащиты не применяется или не подходит.

Молниеносно-структурный осмотр

Если молния попадает в самолет, необходимо провести условную проверку удара молнии, чтобы определить точки входа и выхода удара молнии.При осмотре областей входа и выхода обслуживающий персонал должен внимательно осмотреть сооружение, чтобы найти все возникшие повреждения.

Условный осмотр необходим для выявления любых структурных повреждений и повреждений системы перед возвратом в эксплуатацию. В конструкции могут быть выгоревшие отверстия, которые могут привести к потере давления или образованию трещин. Важные компоненты системы, жгуты проводов и соединительные ремни должны быть проверены на пригодность к полету до полета. По этим причинам Boeing рекомендует провести полный условный осмотр при ударе молнии до следующего полета, чтобы поддерживать самолет в летной годности.

Зоны удара молнии в самолете определены в Рекомендации SAE Aerospace (ARP) 5414 (см. Рис. 8). Некоторые зоны более подвержены ударам молнии, чем другие (см. Рис. 9). Точки входа и выхода молниеносного удара обычно находятся в Зоне 1, но очень редко могут происходить в Зонах 2 и 3. Молниеносный удар обычно наносится на самолет в Зоне 1 и вылетает из другой зоны Зоны 1. Вероятнее всего пострадают внешние компоненты:

• обтекатель.
• Гондолы.
• Крылышки.
• Наконечники горизонтального стабилизатора.
• Лифты.
• Наконечники с вертикальными плавниками.
• Концы закрылков переднего края.
• Обтекатели гусеничных лент с задней кромкой.
• Шасси.
• Водосточные мачты.
• Датчики данных о воздухе (датчики Пито, статические порты, угол атаки [AOA], датчик общей температуры воздуха).

Рисунок 8: Определения зоны молнии

Зоны молний в самолете в соответствии с рекомендациями SAE Aerospace 5414.

Обозначение зоны	Описание	Определение
1A	Зона первого обратного хода	Все участки поверхности самолета, где вероятен первый возврат во время присоединения канала молнии с малым ожиданием вспышки.
1B	Первая зона обратного хода с длительным зависанием на	Все участки поверхности самолета, где вероятен первый возврат во время присоединения канала молнии с малым ожиданием вспышки.
1С	Зона перехода для первого обратного хода	Все области поверхностей самолета, где возможен первый обратный удар пониженной амплитуды во время присоединения канала молнии с малым ожиданием зависания вспышки.
2A	зона развертки	Все области поверхностей самолета, где вероятен первый возврат уменьшенной амплитуды при подключении канала молнии с малым ожиданием зависания вспышки.
2B	зона плавного хода с длительным зависанием на	Все области поверхностей самолета, в которые через канал молнии переносится последующий обратный ход, вероятно, будут охвачены с большой вероятностью внезапного зависания.
3	мест для удара, кроме зоны 1 и зоны 2	Те поверхности, которые не находятся в Зоне 1А, 1В, 1С, 2А или 2В, где маловероятно любое присоединение канала молнии, и те части самолета, которые находятся под или между другими зонами и / или проводят значительное количество электрического тока ток между точками крепления прямого или стреловидного хода.

Рисунок 9: Зоны молний самолета

Участки самолета, подверженные ударам молнии, обозначены зоной. Зона 1 указывает область, которая может быть затронута первоначальным прикреплением удара. Зона 2 указывает развернутую или движущуюся привязанность. Зона 3 указывает области, которые могут испытывать наведенные потоки без фактического присоединения удара молнии.

В Зоне 2 начальная точка входа или выхода является редким событием, но в таком случае канал молнии может быть отодвинут назад от начальной точки входа или выхода.В качестве примера, обтекатель может быть областью начальной точки входа, но канал молнии может быть отодвинут назад вдоль фюзеляжа на корме обтекателя движением самолета вперед.

Настоятельно рекомендуется обследование зоны 3, даже если во время обследований зоны 1 и зоны 2 не обнаружено никаких повреждений. Таким образом, любые точки входа и выхода должны быть обозначены в зонах 1, 2 или 3, чтобы при необходимости можно было тщательно изучить и отремонтировать ближайшие области вокруг них.

Исследование поверхностей удара молнии по зонам

Boeing предлагает процедуры проверки удара молнии, чтобы убедиться, что внешние поверхности не были повреждены.Операторы должны ссылаться на применимые процедуры обслуживания в качестве официального источника инструкций по осмотру / ремонту. Типичные процедуры включают следующее общее руководство.

• Выполнить типичное обследование внешней поверхности для зоны 1 и зоны 2.
• Осмотреть все внешние поверхности самолета:
  
  • Внимательно осмотрите внешние поверхности, чтобы найти точки входа и выхода от удара молнии и осмотрите области, где одна поверхность останавливается, а другая начинается.
  • Осмотреть металлическую и неметаллическую конструкцию на наличие повреждений.
  • Для композитной конструкции расслоение можно обнаружить с помощью инструментальных методов неразрушающего контроля или с помощью теста на отвод.
  • Для Зоны 2 проверьте датчики Пито, датчики AOA, статические порты и их окружающие области на наличие повреждений.

Если точки входа и выхода не обнаружены во время осмотра зон 1 и 2, следует исследовать участки поверхности зоны 3 на предмет повреждений от удара молнии.Инспекции зоны 3 аналогичны зонам 1 и 2. Дополнительные инспекции зоны 3 включают:

• Осмотреть все внешние фары, ища:
  
  • Сломанные световые сборки.
  • Сломанные или потрескавшиеся линзы.
  • Другие видимые повреждения.
• Осмотрите поверхности управления полетом на наличие повреждений от удара молнии и выполните необходимые эксплуатационные проверки.
• Осмотреть двери шасси.
• Проверьте резервный магнитный компас.
• Проверить точность системы измерения количества топлива.
• Проверьте статические разрядники.

Примечание: это схема процедур проверки. Обслуживающий персонал должен ознакомиться с пятой главой Руководства по техническому обслуживанию воздушного судна (AMM) для проверки модели самолета.

Проверка внутренних компонентов самолета

Если удар молнии вызвал неисправность системы, выполните полный осмотр пораженной системы с использованием соответствующего раздела AMM для этой системы.

Выполняйте проверку резервной системы компаса, только если летный экипаж сообщил об очень большом отклонении компаса.

Убедитесь, что система подачи топлива является точной, используя встроенное испытательное оборудование.

Эксплуатационные испытания радионавигационных систем

Уровень проверок после удара молнии в самолет определяется информацией летного экипажа и состоянием самолета после инцидента.

Например, если все навигационные и коммуникационные системы эксплуатируются летным экипажем в полете после удара молнии, и никаких аномалий не обнаружено, проверки эксплуатируемых систем обычно не требуются.

Для систем, не эксплуатируемых летным экипажем в полете, или систем, в которых обнаружены аномалии, могут потребоваться дополнительные процедуры эксплуатационных испытаний, как указано в соответствующем AMM. Кроме того, даже если система работала в полете после удара молнии, и никаких аномалий не было обнаружено, но последующие проверки показали повреждение молнии вблизи антенны системы, могут потребоваться дополнительные проверки этой системы.

Логический поток для проверки внутренних компонентов в процедурах технического обслуживания, предоставленных Boeing, следует аналогичному процессу (см. Рис.10).

Рисунок 10: Блок-схема условного контроля внутренних компонентов

Boeing рекомендует провести предварительную проверку молниеносного удара до следующего полета для поддержания самолета в летной годности.

Молниеносный структурный ремонт

Подробную информацию и процедуры для общих допустимых пределов повреждения от удара молнии и соответствующей доработки или ремонта можно найти в руководстве по ремонту конструкции (SRM) для каждой модели самолета.Обслуживающий персонал должен восстановить первоначальную структурную целостность, предел прочности при нагрузке, защитную отделку и материалы после удара молнии.

В ответ на запросы клиентов на обучение, Boeing разработал курс ремонта SRM, чтобы обучить техников и инженеров по техническому обслуживанию в области оценки и ремонта повреждений от удара молнии самолета. Темы включают типы повреждений, принципы проектирования защиты от удара молнии, методы проверки повреждений, допустимые пределы ущерба, ремонт и восстановление защитных методов.Дополнительное обучение по пониманию воздействия молнии на самолеты и инструкции по осмотру может быть запрошено у представителя авиакомпании Boeing. По окончании курса студент сможет:

• Определите причины и механизмы ударов молнии.
• Определите подверженные ударам молнии области на самолете.
• Опишите принципы проектирования защиты от удара молнии.
• Выполнить соответствующие проверки после ударов молнии.
• Определите конкретные процедуры доработки для областей, которые подвержены ударам молнии.
• Понять требования к восстановлению защиты от ударов и молнии.

Для получения дополнительной информации о стандартном обучении по техническому обслуживанию, пожалуйста, свяжитесь с MyBoeingTraining.com.

Резюме

Операторы должны быть осведомлены об условиях, способствующих ударам молнии по самолетам, и избегать ненужного воздействия на самолеты среды, подверженной воздействию молнии.В то время как самолеты Boeing имеют обширную защиту от ударов молний, ​​удары молний могут по-прежнему влиять на работу авиакомпаний и вызывать дорогостоящие задержки или перерывы в обслуживании. Четкое понимание правильных процедур осмотра и ремонта может повысить эффективность работы обслуживающего персонала и гарантировать, что все повреждения, вызванные молнией, будут выявлены и устранены.

,

Руководство по молниезащите | EEP

Система молниезащиты

Функцией системы молниезащиты является защита конструкций от пожара или механического разрушения, а также людей в зданиях от травм или даже смерти.

Руководство по молниезащите от DEHN + SÖHNE 2015

Система молниезащиты состоит из внешней и внутренней системы молниезащиты (представлена ​​на рисунке 1).
Функции внешней системы молниезащиты:

1. Для перехвата прямых ударов молнии через систему прекращения подачи воздуха
2. Для безопасной передачи тока молнии на землю через систему с нисходящим проводом
3. для распределения тока молнии в земле через систему заземления

Рисунок 1 — Компоненты системы молниезащиты

Функция внутренней системы молниезащиты заключается в предотвращении опасного искрения внутри конструкции.

Это достигается путем установления эквипотенциального соединения или поддержания расстояния между компонентами системы молниезащиты и другими электропроводящими элементами внутри конструкции.

Эквипотенциальное соединение молнии уменьшает разности потенциалов, вызванные токами молнии. Это достигается путем непосредственного подключения всех изолированных проводящих частей установки с помощью проводников или устройств защиты от перенапряжений (УЗИП) (Рисунок 2).

Рисунок 2 — Система молниезащиты (LPS)

Четыре класса LPS I, II, III и IV определяются с использованием набора правил построения, включая требования к размерам, которые основаны на соответствующем уровне молниезащиты. Каждый набор содержит требования, зависящие от класса (например, радиус сферы качения, размер ячейки) и от класса (например, поперечные сечения, материалы).

Чтобы обеспечить постоянную доступность сложных систем информационных технологий даже в случае прямого удара молнии, необходимы дополнительных мер, дополняющих меры молниезащиты , для защиты электронных систем от скачков напряжения.

Эти комплексные меры описаны в главе 7 (концепция зоны молниезащиты).

Руководство по молниезащите от DEHN + SÖHNE 2015 ,