Молниезащита мачт и башен: как выбрать молниеотвод

Из чего состоит молниезащита

• молниеприёмник: металлический элемент на вершине стойки, принимающий удар молнии;
• токоотвод: проводник, отводящий ток от молниеприёмника в землю; часто это сама стальная стойка, если стыки секций надёжны электрически, а сечение соответствует стандарту;
• заземлитель: электроды в грунте, растекающие ток; их форму и длину задаёт стандарт, а общее сопротивление на низкой частоте рекомендуется иметь до 10 Ом, если это возможно.

Требования к молниезащите и методы расчёта зон защиты изложены в стандартах серии EN 62305 (в Украине — ДСТУ EN 62305). Класс системы молниезащиты (I–IV) выбирают по оценке риска (ДСТУ EN 62305-2; ДСТУ EN 62305-3:2021, п. 4.1); защиту может потребовать и заказчик, страховщик или орган лицензирования.

Стойки и мачты с молниеприёмником

Многогранные гнутые стойки удобны как несущая конструкция для молниеприёмника: они прочны, устойчивы к ветру и коррозии. Молниеотвод на стойке защищает здания, открытые площадки, склады и оборудование от прямых ударов молнии; зону защиты определяют расчётом.

На мачте можно одновременно разместить осветительные приборы: это комбинированный молниеотвод, выполняющий также функции опоры освещения или башни связи. Молниеотводы на мачтах ставят на промышленных территориях, в портах, на подстанциях и стадионах.

Заземление и испытания

Заземлитель проектируют по п. 5.4 ДСТУ EN 62305-3:2021. Есть два типа: A (электроды у токоотводов, всего не меньше двух) и B (кольцевой электрод вокруг сооружения или фундаментный контур). Минимальная длина электродов типа A зависит от класса системы, а для классов I и II ещё и от удельного сопротивления грунта; её можно не выдерживать, если сопротивление всей системы заземления, измеренное на частоте, отличной от промышленной и кратных ей, ниже 10 Ом.

После монтажа систему проверяют (п. 7.3). Справочное приложение E (п. E.7.2.4) советует проверять непрерывность (прежде всего скрытых частей) и измерять сопротивление заземления каждого электрода отдельно, при разомкнутом контрольном соединении; результаты заносят в отчёт. Высокочастотные или импульсные измерения — при необходимости. Нормы ПУЭ — в статье о заземлении опор.

Покрытие и срок службы

Стойки защищают горячим цинкованием по ДСТУ EN ISO 1461:2024, по согласованию с заказчиком — окраской. Горячее цинкование даёт коррозионную стойкость не менее 20 лет.

Что прислать для расчёта

Укажите высоту стойки, тип объекта, ветровой район, нужные дополнительные приборы (освещение, антенны) и размеры защищаемой территории. Если чего-то не знаете, оставьте пустым — мы уточним. Смотрите также молниеотводы и молниеприёмники, башни связи и прожекторные мачты.

Пример: радиус защиты на высоте объекта

В расчётах часто называют радиус защиты на уровне земли, но у объекта есть высота, а на ней зона уже. По методу катящейся сферы радиус на высоте h равен R = √(H × (2r − H)) − √(h × (2r − h)), где H — высота мачты, r — радиус сферы (формула для H не более r). Классы системы молниезащиты и методы расчёта описаны в статье Расчёт зоны защиты молниеотвода.

Пример: мачта H = 20 м, объект высотой h = 8 м (склад или оборудование), класс II (r = 30 м — наибольший радиус сферы для этого класса, табл. 2 ДСТУ EN 62305-3). На уровне земли √(20 × 40) ≈ 28,3 м, на высоте 8 м — 28,3 − √(8 × 52) ≈ 28,3 − 20,4 = 7,9 м. Тот же расчёт для всех классов:

Одиночная мачта 20 м на ровном участке: упрощённая иллюстрация. Чем выше уровень защиты (класс I — наивысший), тем меньше радиус на высоте оборудования (4,0 м для класса I против 14,8 м для класса IV), поэтому для площади обычно нужно несколько мачт.

Пример: расстояние между двумя мачтами

По методу катящейся сферы сфера радиусом r, опирающаяся на вершины двух мачт высотой H на расстоянии d, провисает между ними на p = r − √(r² − (d/2)²) (для d не более 2r). Объект высотой h на линии между мачтами защищён, если h меньше H − p.

Пример: мачты H = 20 м, класс II (r = 30 м), склад высотой 8 м. При d = 48 м получаем p = 30 − √(900 − 576) = 30 − 18 = 12 м, поэтому посередине сфера опускается до 20 − 12 = 8 м и касается объекта. Расстояние берут меньше:

Две мачты по 20 м, класс II. Это проверка только вдоль линии между мачтами; боковые границы зоны и углы площадки даёт полный расчёт по ДСТУ EN 62305-3. При классе I (r = 20 м) и d = 40 м сфера достигает земли, поэтому посередине защищённой высоты над землёй нет.

Мачта рядом со зданием: расстояние разделения

Если мачта стоит отдельно от сооружения (изолированная молниезащита), между токоотводом и металлическими частями, оборудованием и внутренними системами сооружения нужно расстояние разделения (в украинском тексте стандарта — «роздільча відстань»), которое считают как s = ki × (kc / km) × l. Здесь l — длина токоотвода от рассматриваемой точки до ближайшего узла уравнивания потенциалов или заземления; ki зависит от класса (0,08 для I, 0,06 для II, 0,04 для III и IV); km = 1 для воздуха и 0,5 для бетона, кирпича и дерева; kc зависит от числа токоотводов (ориентировочные значения упрощённого подхода): 1 для одного (только в изолированной системе), 0,66 для двух, 0,44 для трёх и более; для заземлителя типа A эти значения действуют, если сопротивления соседних электродов отличаются не более чем вдвое, иначе берут kc = 1 (ДСТУ EN 62305-3, п. 6.3, табл. 10–12).

Пример: класс II, один токоотвод, точка на высоте 10 м от заземления: s = 0,06 × (1 / 1) × 10 = 0,6 м. Коэффициенты и длины для вашего объекта даёт проект.

Отдельная или комбинированная мачта: как выбрать

Мачту выбирают по тому, что она несёт, кроме молниеприёмника. О высоте и конструкции — в статье Высота мачты и башни связи. Три типовых варианта:

Общие ориентиры; требования к конкретному объекту устанавливает проект.

От задачи до заказа: пять шагов

• проектная организация оценивает риск по ДСТУ EN 62305-2 (это даёт класс системы, I–IV) и отмечает на плане высоты зданий, оборудования и расстояния между ними;
• расчёт зоны на высоте самого высокого и самого чувствительного объекта даёт высоту и число мачт;
• решают, несёт ли мачта ещё освещение или антенны, и составляют перечень приборов с массой и наветренной площадью;
• согласовывают токоотвод, заземлитель и расстояние разделения;
• присылают данные нам, выбирают покрытие (горячее цинкование или окраска) и заказывают изготовление: типовой срок 3–4 недели, если изделия нет на складе. Монтаж на фундамент выполняет специализированная организация по проекту.

Типичные ошибки при выборе молниеотвода

• радиус защиты берут на уровне земли, хотя у объекта есть высота;
• мачту ставят слишком близко к зданию и не проверяют расстояние разделения;
• стальную стойку считают токоотводом, не выяснив, есть ли надёжный электрический контакт между секциями и узлом заземления.