Стальная мачта как молниеприёмник и токоотвод по ДСТУ EN 62305-3

Когда мачта уже часть молниезащиты

Стандарт называет естественным компонентом системы молниезащиты (LPS) токопроводящую деталь, которую поставили не ради молниезащиты, но которая может действовать как часть LPS или рядом с ней (п. 3.15).

Условия (п. 5.1.3): деталь токопроводящая, постоянно стоит на предназначенном месте и не изменяется; другие естественные компоненты лишь дополняют LPS. Пункт написан про здания, а отдельные мачты стандарт называет среди стержневых молниеприёмников (п. 5.2.1): для мачты это аналогия.

Молниеприёмник: стенка, покрытие и наконечник

На верхушке обычно ставят стержень, но и стенка верхней секции может оказаться в точке удара. Прямого правила для мачты или многогранной стойки стандарт не даёт: п. 5.2.5 и табл. 3 написаны для листа, покрывающего здание, и для металлических труб, так что проектировщик берёт их по аналогии.

Для листа п. 5.2.5 a выдвигает три условия: надёжный электрический контакт между частями, толщина не меньше значения из табл. 3 и отсутствие изоляционного покрытия; тонкая защитная краска или асфальт (1 мм) и ПВХ (0,5 мм) изоляторами не считаются (прим. 2). Значения одинаковы для классов LPS I–IV. Примечание относит t′ только к листу, а стойка — труба, поэтому ориентиром остаётся t: для стали 4 мм. С ним сравнивают толщину самой тонкой верхней секции, а опасен ли прожог (внутри кабели и оборудование), решает проект.

Для стержня-наконечника табл. 6 даёт круглую сплошную горячеоцинкованную сталь сечением 176 мм², то есть диаметром около 15 мм (собственный расчёт). Где механическая нагрузка, в частности ветровая, не критична, допускается стержень диаметром 9,5 мм длиной 1 м. Тупая вершина полезна (справочный п. E.5.2.4.1).

ДСТУ EN 62305-3:2021, п. 5.2.5, табл. 3, сокращённо (в стандарте есть ещё титан, свинец, цинк). t предотвращает прожог; t′ только для листа, когда прожог, местный перегрев или возгорание не важны.

Стойка как токоотвод: стыки важнее сечения

Пункт 5.3.5 a допускает использовать металлическую конструкцию как токоотвод, если электрическая непрерывность между её частями надёжна (п. 5.5.3), а размеры не меньше табл. 6: для горячеоцинкованной стали это 50 мм² (лента, круглый или многопроволочный проводник). Изоляционное покрытие не мешает (прим. 1). Пункт 5.3.5, как и 5.1.3, написан про части зданий (сооружений), так что для мачты это тоже чтение по аналогии; о токоотводах отдельных мачт в изолированной LPS прямо говорится в п. 5.3.2.

Собственный расчёт, π × (D − t) × t: труба Ø219 × 4 мм имеет около 2 700 мм², Ø100 × 3 мм около 910 мм², то есть в 18–54 раза больше 50 мм². Для многогранной стойки примерно периметр, умноженный на толщину.

Поэтому слабое место — стыки секций и фланцы, где ток переходит из одной части в другую. Пункт 5.5.3 указывает свести соединения к минимуму и выполнять их надёжно, например пайкой твёрдым припоем, сваркой, болтами или саморезами.

Правил для стыков внахлёст и фланцев стоек стандарт не содержит. Справочно близки два места: болтовые соединения стальных ферм кровли (E.4.3.7) и стыки секций металлического покрытия парапета (E.5.2.5). В первом болты, затянутые на механическую прочность, дают основания считать части соединёнными, тонкая краска пробивается током, а зачищенные посадочные поверхности и сварной шов около 50 мм улучшают контакт; во втором, где между секциями нет надёжной непрерывности, на стыках нужны токопроводящие соединители. Это о зданиях, для мачты лишь аналогия.

Отдельная мачта рядом с сооружением

Мачта, поставленная так, что путь тока молнии не касается сооружения, даёт изолированную внешнюю LPS (п. 3.3). Стандарт советует рассматривать такую систему, когда тепловое или взрывное воздействие в точке удара или на проводниках может быть опасным для сооружения или его содержимого: горючая кровля или стены, зона риска взрыва и пожара (п. 5.1.2).

Неметаллической мачте нужен хотя бы один токоотвод, металлической дополнительные не нужны, натянутым тросам — хотя бы один на каждую опорную конструкцию (п. 5.3.2). Уравнивание потенциалов в изолированной системе делают только на уровне грунта (справочный E.6.2.1).

Чтобы электрически отделить мачту от металлических частей сооружения, выдерживают расстояние разделения (в украинском тексте «роздільча відстань»): s = (ki / km) · kc · l (п. 6.3). Здесь ki зависит от класса (от 0,04 до 0,08), km равен 1 для воздуха, kc — ориентировочное значение по табл. 12 (1 для единственного токоотвода в изолированной LPS, 0,66 для двух, 0,44 для трёх и более), а l — длина вдоль мачты от рассматриваемой точки до ближайшего уравнивающего соединения или заземления. Пример расчёта есть в статье Молниезащита мачт и башен.

Какую зону защиты даёт мачта и до какой высоты над базовой плоскостью защищаемого участка (кровля или земля) действует метод защитного угла (20, 30, 45 и 60 м для классов I–IV; п. 5.2.2, табл. 2, рис. 1), разобрано в статье Расчёт зоны защиты молниеотвода.

Оцинкованная сталь, медь и коррозия

Табл. 5 называет горячеоцинкованную сталь пригодной на открытом воздухе и в бетоне; коррозия растёт при высоком содержании хлоридов, а гальваническая связь с медью может разрушить цинк. Прим. d и e: оцинкованная сталь в бетоне не должна выходить из него в грунт; в прибрежных районах, где грунтовые воды могут быть солёными, её не стоит приводить в контакт со стальной арматурой.

Справочное приложение (E.5.6.2.2) добавляет практические советы: соединений разнородных металлов избегать или защищать их; медные детали никогда не ставить над оцинкованными или алюминиевыми, не защищёнными от коррозии, потому что медь отдаёт мелкие частицы, разрушающие цинк даже без контакта; сталь с медью в воздухе без сварки соединять только после полного лужения или под сплошным влагостойким покрытием; вблизи моря все соединения проводников делать сварными или герметичными.

Заземление мачты и измерения

Стандарт рекомендует сопротивление заземления до 10 Ом, измеренное на низкой частоте, если это возможно (п. 5.4.1): это рекомендация, а не жёсткий предел. Заземлитель выполняют по типу A (наружные электроды, не менее двух) или типу B (кольцевой или фундаментный электрод, п. 5.4.2). Но для типа A п. 5.4.2.1 связывает 10 Ом с длиной электродов: при сопротивлении менее 10 Ом минимальные длины по рис. 3 можно не выдерживать. Сами длины и нормы ПУЭ разобраны в статье Заземление опор.

Контрольное соединение ставят на каждом токоотводе (п. 5.3.6), кроме естественного, соединённого с фундаментным заземлителем; размыкают его только инструментом. Оно облегчает измерение сопротивления земли (E.5.3.6).

Отдельный молниеотвод у ОРУ: что добавляют ПУЭ

По ПУЭ (ред. 2026 г.), п. 4.2.162, открытые распределительные устройства (ОРУ; в тексте ПУЭ — ВРУ) напряжением от 15,75 до 750 кВ нужно защищать от прямых ударов молнии с учётом технологических особенностей объекта и требований ДСТУ EN 62305. Исключение — открытые подстанции 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью до 1,6 МВ·А и открытые подстанции 3–20 кВ: защиту от прямых ударов на них не выполняют. Если на конструкциях ОРУ молниеприёмники устанавливать не разрешено, защиту нужно выполнять отдельно стоящими молниеотводами (п. 4.2.165).

Отдельно стоящий молниеотвод с обособленным заземлителем должен иметь сопротивление заземления не более 10 Ом. Расстояние от его заземлителя до заземлителя ОРУ должно быть не менее 5 м и больше 0,2·R, а расстояние по воздуху от самого молниеотвода до заземлённых конструкций и оборудования ОРУ — не менее 5 м и больше 0,12·R + 0,1·H (R: сопротивление заземления молниеотвода, Ом; H: высота заземлённой конструкции над землёй, м). Если эти расстояния не соблюдены или сопротивление выше 10 Ом, молниеотвод должен быть присоединён к заземлителю ОРУ, а его заземление должно отвечать п. 4.2.163. Это требования к проекту; окончательные значения проектировщик берёт из действующего текста ПУЭ.

Что согласовать с проектировщиком

Вопросы, которые стоит закрыть в проекте до заказа мачты:

• чертежи стыков и фланцев: как соединены секции, где болты, а где швы, зачищены ли поверхности под контакт (ориентир: E.4.2.2.2.5, п. q, и E.4.3.7);
• толщина стенки и сечение в самых тонких местах в сравнении с табл. 3 и 6;
• кто измеряет непрерывность после монтажа и где это записано; отдельно — доступ к контрольным соединениям и скрытым частям для периодических проверок (E.4.2.2.2.5, п. n, p);
• коррозионные зоны и материал крепежа, а при отступлении от размеров или материалов табл. 5–7 ещё и расчёт нагрева (E.4.2.3.2).

О действии серии стандартов — статья Нормы молниезащиты; наши молниеотводы и молниеприёмники — на странице Молниеотводы.