Сталева щогла як блискавкоприймач і струмовідвід за ДСТУ EN 62305-3

Коли щогла вже є частиною блискавкозахисту

Стандарт називає природним компонентом системи блискавкозахисту (LPS) струмопровідну деталь, яку поставили не заради блискавкозахисту, але яка може діяти як частина LPS або поряд із нею (п. 3.15).

Умови (п. 5.1.3): деталь струмопровідна, постійно стоїть на призначеному місці й не змінюється; інші природні компоненти лише доповнюють LPS. Пункт написано про будівлі, а окремі щогли стандарт називає серед стрижневих блискавкоприймачів (п. 5.2.1): для щогли це аналогія.

Блискавкоприймач: стінка, покриття й наконечник

На верхівці зазвичай ставлять стрижень, але й стінка верхньої секції може опинитися в точці удару. Прямого правила для щогли чи багатогранної стійки стандарт не дає: п. 5.2.5 і табл. 3 написано для листового металу, що вкриває будівлю, і для металевих труб, тож проєктувальник бере їх за аналогію.

Для листового металу п. 5.2.5 a ставить три умови: надійний електричний контакт між частинами, товщина не менша за значення з табл. 3 і відсутність ізоляційного покриття; тонка захисна фарба чи асфальт (1 мм) і ПВХ (0,5 мм) ізолятором не вважаються (прим. 2). Значення однакові для класів LPS I–IV. Примітка відносить t′ лише до листового металу, а стійка — труба, тож орієнтиром лишається t: для сталі 4 мм. З ним порівнюють товщину найтоншої верхньої секції, а чи небезпечне пробиття (усередині кабелі й обладнання), вирішує проєкт.

Для стрижня-наконечника табл. 6 дає круглу суцільну гарячеоцинковану сталь перерізом 176 мм², тобто діаметром близько 15 мм (власний розрахунок). Де механічне навантаження, зокрема вітрове, не критичне, допускається стрижень діаметром 9,5 мм завдовжки 1 м. Тупий вершечок корисний (довідковий п. E.5.2.4.1).

ДСТУ EN 62305-3:2021, п. 5.2.5, табл. 3, скорочено (у стандарті є ще титан, свинець, цинк). t запобігає пробиттю; t′ лише для листового металу, коли пробиття, місцеве перегрівання чи займання не важливі.

Стійка як струмовідвід: стики важливіші за переріз

Пункт 5.3.5 a допускає використати металеву конструкцію як струмовідвід, якщо електрична безперервність між її частинами надійна (п. 5.5.3), а розміри не менші за табл. 6: для гарячеоцинкованої сталі це 50 мм² (стрічка, круглий чи багатожильний провідник). Ізоляційне покриття не заважає (прим. 1). Пункт 5.3.5, як і 5.1.3, написано про частини будівель (споруд), тож для щогли це теж читання за аналогією; про струмовідводи окремих щогл в ізольованій LPS прямо йдеться в п. 5.3.2.

Власний розрахунок, π × (D − t) × t: труба Ø219 × 4 мм має близько 2 700 мм², Ø100 × 3 мм близько 910 мм², тобто в 18–54 рази більше за 50 мм². Для багатогранної стійки приблизно периметр, помножений на товщину.

Тож слабке місце — стики секцій і фланці, де струм переходить з однієї частини в іншу. Пункт 5.5.3 вказує звести з’єднання до мінімуму й виконувати їх надійно, наприклад пайкою твердою лютою, зварюванням, болтами чи саморізами.

Правил для стиків внапуск і фланців стійок стандарт не містить. Довідково близькі два місця: болтові з’єднання сталевих ферм покрівлі (E.4.3.7) і стики секцій металевого покриття парапету (E.5.2.5). У першому болти, затягнуті на механічну міцність, дають підстави вважати частини з’єднаними, тонка фарба пробивається струмом, а зачищені посадкові поверхні й зварний шов близько 50 мм поліпшують контакт; у другому, де між секціями немає надійної безперервності, на стиках потрібні струмопровідні сполучники. Це про будівлі, для щогли лише аналогія.

Окрема щогла поруч зі спорудою

Щогла, поставлена так, що шлях струму блискавки не торкається споруди, дає ізольовану зовнішню LPS (п. 3.3). Стандарт радить розглядати таку систему, коли тепловий чи вибуховий вплив у точці удару або на провідниках може бути небезпечним для споруди чи її вмісту: займиста покрівля чи стіни, зона ризику вибуху й пожежі (п. 5.1.2).

Неметалевій щоглі потрібен щонайменше один струмовідвід, металевій додаткові не потрібні, натягнутим тросам — щонайменше один на кожну опорну конструкцію (п. 5.3.2). Еквіпотенційні з’єднання в ізольованій системі роблять лише на рівні ґрунту (довідковий E.6.2.1).

Щоб електрично відокремити щоглу від металевих частин споруди, витримують відстань розділення (у стандарті роздільча): s = (ki / km) · kc · l (п. 6.3). Тут ki залежить від класу (від 0,04 до 0,08), km дорівнює 1 для повітря, kc — орієнтовне значення за табл. 12 (1 для єдиного струмовідводу в ізольованій LPS, 0,66 для двох, 0,44 для трьох і більше), а l — довжина вздовж щогли від розглянутої точки до найближчого еквіпотенційного з’єднання чи заземлення. Приклад розрахунку є в статті Блискавкозахист щогл і веж.

Яку зону захисту дає щогла і до якої висоти над базовою площиною захищуваної ділянки (дах чи земля) діє метод захисного кута (20, 30, 45 і 60 м для класів I–IV; п. 5.2.2, табл. 2, рис. 1), розібрано в статті Розрахунок зони захисту громовідводу.

Оцинкована сталь, мідь і корозія

Табл. 5 називає гарячеоцинковану сталь придатною на відкритому повітрі й у бетоні; корозія зростає за високого вмісту хлоридів, а гальванічний зв’язок із міддю може зруйнувати цинк. Прим. d і e: оцинкована сталь у бетоні не повинна виходити з нього в ґрунт; у прибережних районах, де ґрунтові води можуть бути солоними, її не варто ставити в контакт зі сталевим риштунком.

Довідковий додаток (E.5.6.2.2) додає практичні поради: з’єднань різнорідних металів уникати або захищати їх; мідні деталі ніколи не ставити над оцинкованими чи алюмінієвими, не захищеними від корозії, бо мідь віддає дрібні частинки, що руйнують цинк навіть без контакту; сталь із міддю в повітрі без зварювання з’єднувати лише після повного лудіння або під суцільним вологостійким покриттям; поблизу моря всі з’єднання провідників робити зварними чи герметичними.

Заземлення щогли й вимірювання

Стандарт рекомендує опір заземлення до 10 Ом (вимірювання на низькій частоті, якщо це можливо; п. 5.4.1): це рекомендація, не жорстка межа. Заземлювач виконують за типом A (зовнішні електроди, щонайменше два) або типом B (кільцевий чи фундаментний електрод, п. 5.4.2). Для типу A, проте, п. 5.4.2.1 пов’язує 10 Ом із довжиною електродів: за опору менш як 10 Ом мінімальні довжини за рис. 3 можна не витримувати. Самі довжини й норми ПУЕ розібрано в статті Заземлення опор.

Перевірковий злучник ставлять на кожному струмовідводі (п. 5.3.6), крім природного, з’єднаного з фундаментним заземлювачем; розмикають його лише інструментом. Він полегшує вимірювання опору землі (E.5.3.6).

Окремий блискавковідвід біля ВРП: що додає ПУЕ

За ПУЕ (ред. 2026 р.), п. 4.2.162, відкриті розподільні пристрої (ВРП; у ПУЕ — ВРУ) напругою від 15,75 до 750 кВ потрібно захищати від прямих ударів блискавки з урахуванням технологічних особливостей об’єкта й вимог ДСТУ EN 62305. Виняток — відкриті підстанції 35 кВ із трансформаторами одиничною потужністю до 1,6 МВ·А та відкриті підстанції 3–20 кВ: захист від прямих ударів на них не виконують. Якщо на конструкціях ВРП блискавкоприймачі ставити не дозволено, захист потрібно виконувати окремо встановленими блискавковідводами (п. 4.2.165).

Окремо встановлений блискавковідвід із відокремленим заземлювачем повинен мати опір заземлення не більший за 10 Ом. Відстань від його заземлювача до заземлювача ВРП має бути не менше 5 м і більшою за 0,2·R, а повітряна відстань від самого блискавковідводу до заземлених конструкцій чи обладнання ВРП — не менше 5 м і більшою за 0,12·R + 0,1·H (R: опір заземлення блискавковідводу, Ом; H: висота заземленої конструкції над землею, м). Якщо ці відстані не дотримано або опір перевищує 10 Ом, блискавковідвід має бути приєднаний до заземлювача ВРП, а його заземлення має відповідати п. 4.2.163. Це вимоги до проєкту; остаточні значення проєктувальник бере з чинного тексту ПУЕ.

Що узгодити з проєктувальником

Питання, які варто закрити в проєкті до замовлення щогли:

• креслення стиків і фланців: як з’єднано секції, де болти, а де шви, чи зачищено поверхні під контакт (орієнтир: E.4.2.2.2.5, п. q, і E.4.3.7);
• товщина стінки й переріз у найтонших місцях порівняно з табл. 3 і 6;
• хто вимірює безперервність після монтажу й де це записано; окремо — доступ до перевіркових злучників і прихованих частин для періодичних перевірок (E.4.2.2.2.5, п. n, p);
• корозійні зони й матеріал кріплення, а якщо відступають від розмірів чи матеріалів табл. 5–7, то й розрахунок нагріву (E.4.2.3.2).

Про чинність серії стандартів — стаття Норми блискавкозахисту; наші громовідводи й блискавкоприймачі — на сторінці Громовідводи.