По всем техническим нормам защита зданий от молнии предусматривается на этапе проектирования, когда электротехнические службы работают над проектом. Подобная задача может стоять и при реконструкции объекта. И в том, и в другом случае проектировщик (по согласованию с заказчиком) первым решает вопрос о молниеприемнике, его параметрах, высоте установки и разновидности. С пассивными молниеотводами почти все знакомы, активные впервые появились примерно в 80-х годах прошлого века.

Принцип действия активного молниеприемника

Применение молниезащиты с опережающей эмиссией стримера (МОЭС) основано исключительно на законах электродинамики, включая хорошо изученные взаимодействия электромагнитных полей. Сам процесс приведем очень упрощенно. Итак, цель – поймать разряд молнии в расчетную точку с максимальной эффективностью. Решение – перед разрядом молнии (буквально, за доли секунды) направить встречный электромагнитный луч, по которому, в направлении молниеотвода, и происходит разряд.

Кстати, сам термин МОЭС официально стал применяться в России в 2020 году, когда был принят межгосударственный стандарт ГОСТ 34696-2020 «Системы молниезащиты с опережающей эмиссией стримера. Технические требования и методы испытаний», вступивший в силу в июле 2021 г.

Конструктивные решения с применением МОЭС

Конструкция активного обычного (пассивного) молниеотвода имеет внешние отличия, прежде всего, направляющий конец «выходит» из корпуса, форма которого многовариантна. В качестве примера рассмотрим продукцию турецкой компании Forend Elektrik A. S.

Разные типы корпусов МОЭС на примере молниеприемников Forend
Разные типы корпусов МОЭС на примере молниеприемников Forend

Материал корпуса – нержавеющая немагнитная сталь, конфигурация рассчитывается исходя из заданного значения аэродинамического сопротивления конструкции порывам ветра, возникающим при грозе.

Система молниезащиты здания

Принцип отвода молнии в землю один и тот же, как для пассивного молниеотвода, так и активного, с применением МОЭС. Каждый элемент системы должен быть выполнен в соответствии с техническими требованиями. Это относится и к задействованным в системе конструктивным частям защищаемого объекта.

Элементы системы молниезащиты и защищаемого объекта
Элементы системы молниезащиты и защищаемого объекта

Зависимость зоны защиты от выбора МОЭС

Основной параметр МОЭС – время опережения встречного стримера, ΔT (в микросекундах). Чем больше значение, тем на большей высоте от защищаемого объекта произойдет «перехват», значит, увеличится радиус зоны защиты. Расчетное значение уточняется в результате испытаний (имитация реальных воздействий в лабораторных условиях) для каждой модели.

В таблице показаны значения радиуса зоны защиты в зависимости от высоты расположения МОЭС над крышей здания (относительно его самой высокой точки) и времени опережения с учетом уровня защиты.

Зависимость радиуса защиты МОЭС от основных его характеристик
Зависимость радиуса защиты МОЭС от основных его характеристик

Поскольку сооружение каждого дополнительного метра «мачты» – существенные расходы, стараются выбирать оптимальный вариант. Чаще МОЭС устанавливают на высоте 6 м, при этом верхний конец молниеприемника находится на высоте около 6,5 м (с учетом устройства).

Сравнение эффективности активных и пассивных систем молниезащиты

Один стержневой молниеотвод при высоте в 6,5 м и углу защиты α=67о дает радиус 15,3 м, а с применением МОЭС радиус зоны защиты 97 м (третий, наиболее распространенный, уровень защиты при времени опережения 60 мкс). Так, для здания размерами 48х180 м можно выбрать или один активный, или 20 молниеприемников пассивного типа.

Схема соотношения активной молниезащиты (слева) к пассивной (справа)
Схема соотношения активной молниезащиты (слева) к пассивной (справа)

Еще эффектнее выглядит разница в количестве молниеотводов, когда нужно обеспечить защиту группе зданий. Например, размеры большего здания 48х160 м, меньшего – 48х90 м.

Активная защита двух близкорасположенных зданий в сравнении с пассивной
Активная защита двух близкорасположенных зданий в сравнении с пассивной

При установке МОЭС нужно следить за тем, чтобы за пределами зоны не оказались не только углы здания, но и оборудование, устанавливаемое на крыше или наружные стены. При малейших сомнениях лучше установить два или больше активных молниеприемника.

Применение активной защиты даст возможность экономить как во время строительства объектов за счет установки меньшего количества мачт и упрощения монтажа токоотводов, так и во время обязательного ежегодного технического обслуживания.

Выводы

Активные системы молниезащиты вряд ли в ближайшем будущем вытеснят проверенные веками пассивные. Тип выбирается под конкретный объект. Важно просчитать варианты: заложить стоимость монтажных работ, цену комплектующих, расходы на обслуживание. В большинстве случаев МОЭС с установкой выходит дороже стержневого молниеотвода, но если вместо 10-15 штырей можно обойтись одним активным элементом, окажется, что при заданном уровне защиты выгоднее применить его.