2.8 Общая характеристика устройства токоотводов
Токоотвод - это часть внешней системы молниезащиты, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлению. Для обеспечения оптимального распределения тока молнии и уменьшения возможных последствий поражения, при устройстве изолированных токоотводов должно выполняться:
›› для стержневых молниеприемников, установленных на отдельных опорах, устанавливается минимум один токоотвод на каждую опору;
›› для тросового молниеприемника на каждый конец троса нужно минимум по одному токоотвода;
›› для сетчатого молниеприемника на каждую опору сетки необходим хотя бы один токоотвод;
›› защитный раздельный интервал S обеспечивается не только между токоотводом и надстройками и коммуникациями, но и от дверей и окон - не менее 0.5 м;
›› токоотводы прокладывают кратчайшим путем, без резких поворотов и петель, а там, где это невозможно, расстояние S между двумя точками на проводнике и длина проводника между этими точками должны соответствовать формуле защитного раздельного интервала (п. 2.2).
Количество и расположение токоотводов определяется габаритами здания, защищаемого но в любом случае их должно быть не менее двух. При монтаже токоотводы равномерно распределяются вокруг внешних стен, начиная с углов (рис. 2.8.1). На месте соединения каждого токоотвода с системой заземления должна быть предусмотрена доступна точка для проведения измерений (применяются контрольные соединители SZ). Все эти точки измерений должны быть пронумерованы для четкой идентификации (применяется маркировка STITKY).
Расстояние «а» между параллельными токоотводами зависит от класса защиты и выбирается из табл. 2.8.1.
При невозможности установки расчетного количества токоотводов на одной из сторон здания, последние располагаются на других сторонах на расстоянии не менее 1/3 от указанных в табл. 2.8.1.
Ток молнии распределяется по токоотводам (рис. 2.8.2). Узлы нумеруются. Каждый токоотвод имеет свое сопротивление, образуя схему соединения узлов и сопротивлений R, где значения сопротивлений рассчитываются для конкретных проводников по определенной длине (м) и сечению (мм2).
Составляется принципиальная узловая схема (рис. 2.8.3).
Для проведения расчетов используется обратная величина сопротивлений R - проводимость G. По схеме вычисляются взаимные и собственные проводимости. Взаимные проводимости - это проводимости веток, соединяющих узлы (например, G4-5, G2-3). При этом взаимная проводимость G1-2 равна проводимости G2-1 и т.д.
Собственная проводимость - это проводимость всех проводников, сходящихся в одном узле (например, G5-5 = G1 + G2 + G3 + G4 + G5).
Далее составляется узловое уравнение:
где
G - матрица узловых проводимостей, которая определяется за счет составления первой матрицы инциденций М;
φ - матрица напряжения в узлах соединения токоотводов;
J - матрица определяющих токов в узлах.
Решается в соответствии со значениями потенциалов в узлах φ:
Через полученные значения φ определяются токи в ветвях I1 ... Im и коэффициент распределения тока молнии kс для расчета защитного интервала S.
Сечение внешнего ленточного, круглого или тросового токоотвода обычно составляет 50 мм2. В случае отсутствия жестких требований к механической прочности токоотвода, его сечение разрешается уменьшить до 25 мм2 с сокращением расстояния между опорами крепления.
Если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы прокладывают открытым способом с закреплением на поверхности стен, или скрыто под слоем штукатурки или в строительных полостях. В противном случае возникает потребность в учете возможного влияния повышения температуры проводника при протекании тока молнии (например, деревянная стена, стена с утеплителем). В этом случае токоотводы размещают на расстоянии не менее 0.1 м от такой стены. Если такое расстояние обеспечить невозможно, сечение проводника увеличивают до 100 мм2.
Не рекомендуется прокладывать токоотводы непосредственно в слое штукатурки наружных стен, так как она может разрушаться в результате теплового расширения при протекании тока молнии. Кроме того, в результате химических реакций в этих местах штукатурка может менять цвет.