Способ крепления заземляющих проводников круглого сечения на металлических конструкциях (варианты)
METHOD FOR FASTENING GROUNDING CONDUCTORS OF CIRCULAR CROSS SECTION ON METAL STRUCTURES (OPTIONS)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам крепления заземляющих проводников на металлических конструкциях, которые соответствуют нормам требуемой степень защиты зданий, сооружений и открытых установок от воздействия атмосферного электричества и защиты объекта от прямых ударов молнии.
Уровень техники.
Как известно, непосредственное опасное воздействие молнии - это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы и выделение опасных продуктов -радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов. Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения. Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии, входящие во внешнюю молниезащитную система, в которой разряды молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов, содержащую заземляющие проводники, и растекаются в земле. Такая система может быть изолирована от сооружения или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью. В целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы, содержащие заземляющие проводники, должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей ток растекался по нескольким параллельным путям и длина этих путей была ограничена до минимума. Желательно, чтобы токоотводы равномерно располагались по периметру защищаемого объекта. По возможности они прокладываются вблизи углов зданий. Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы, содержащие заземляющие проводники, могут быть закреплены на поверхности стены здания или проходить в стене, если стена выполнена из негорючего материала.
Если стена здания выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены.
Повышение температуры токоотводов представляет для стен здания, выполненных из горючего материала, опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. В этом случае металлические части для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной. Подобный способ крепления описан в патенте на изобретение RU №2679001 (приоритет от 23.11.2017). Способ заключается в том, что сначала осуществляют сверление отверстия через утеплитель, к стене знания крепится анкер, к которому на расстоянии 0,1 м от внешней стороны утеплителя крепится зажим, в который устанавливают заземляющие проводники токоотводов. Такой способ крепления является надежный и безопасным, однако монтаж такой конструкции является энергозатратным и сложным.
Как известно, основным условием для прокладки токоотводов, содержащих заземляющие проводники, является то, что они должны прокладываться по прямым и вертикальным линиям так, чтобы путь до земли был по возможности кратчайшим.
При этом, не рекомендуется прокладывать токоотводы в водосточных трубах. Рекомендуется размещать токоотводы на максимально возможных расстояниях от дверей и окон.
Если нет возможности крепить токоотводы, содержащие заземляющие проводники, при помощи держателей непосредственно на объекте, то часто для этих целей используют металлические конструкции, такие как металлический каркас здания или сооружения, соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения, части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада, которые могут выполнять функции естественных токоотводов, без использования заземляющих проводников.
При этом должны быть соблюдены ряд необходимых условий:
1. размеры металлической конструкции должны соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам и их толщина не должна составлять не менее 0,5 мм;
2. металлическая арматура железобетонных строений должна иметь примерно 50% соединений вертикальных и горизонтальных стержней, выполненных сваркой или имеющих жесткую связь;
3. должна быть обеспечена электрическая непрерывность между стальной арматурой различных заранее заготовленных бетонных блоков и арматурой бетонных блоков.
Если металлическая конструкция не соответствует вышеуказанным условиям, то осуществляют монтаж системы токоотводов, содержащих заземляющие проводники, которую устанавливают на металлической конструкции или на других вспомогательных металлических конструкциях.
Также иногда конструкция здания или сооружения не позволяет расположить токоотводы с заземляющими проводниками по периметру защищаемого объекта таким образом, чтобы среднее расстояние между ними было не меньше значений 10-20 м, в соответствии с необходимым уровнем защиты объекта. При условии, что токоотводы необходимо соединять горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.
В этих случаях также возможен монтаж системы токоотводов на вспомогательной металлической конструкции.
Из уровня техники (https://news.rambler.ru/other/42165515-molniezaschita-dlya-zagorodnogo-doma-chto-zachem-i-kak/) известно, что для соединения конструктивных элементов молниезащиты используют сварку или резьбовыми креплениями. Главным условием является то, что соединение обязательно было настолько прочным, чтобы сильный порыв ветра или падение снежного пласта не смогли его нарушить.
Также из уровня техники (https://dasamara.ru/stati/ustanovka/2012549057-ustanovka-molniezaschity-i-molniepriemnika.html) известно, что иногда для облегчения монтажа системы молниезащиты применяют полые железобетонные опоры. Арматура внутри бетонных столбов и приставок соединяется сваркой и служит молниеотводом. Выполняется стойка в форме конуса. Нижний срез стойки - 80 см, верхний - 50 см. Приставки углубляются на 3 м в грунт. Токоотвод выводится на высоте 20-30 см от поверхности почвы. С одного края его приваривают к арматуре стойки или приставки, другой край соединяется с системой заземления.
Однако монтаж таких конструкций молниезащиты слишком сложен и энергозатратен.
В результате, на сегодняшний день основным надежным способом крепления заземляющих проводников токоотводов является крепление заземляющего проводника к металлической конструкции путем соединения сваркой или крепления при помощи резьбовых соединений, необходимым условием для которых является процесс сверления металлической конструкции.
Недостатком крепления сваркой является то, что проведение сварочных работ значительно усложняет процесс, к тому же такой способ энергозатратен, требует большого количества времени и соблюдения необходимых мер безопасности при сварке, также в этом случае отсутствует возможность демонтажа отдельных частей токоотводов, например для легкой замены поврежденных частей, без демонтажа всей конструкции в аварийных случаях.
Крепление при помощи резьбовых соединений, где необходимым условием является процесс сверления металлической конструкции значительно усложняет процесс и увеличивает энергозатраты.
Заявленный способ решает эти проблемы.
Техническая часть.
Техническим результатом заявленного изобретения, представленного в двух вариантах, является обеспечение возможности надежной фиксации в вертикальном или горизонтальном положении круглых заземляющих проводников диаметром 8-10 мм, расположенных между собой как параллельно, так и перпендикулярно, к торцевой части полок или стенок металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра или швеллера, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения, без необходимости сверления металлической конструкции или проведения сварочных работ, с возможностью легкого демонтажа или замены поврежденных частей, в случае необходимости.
Технический результат достигается за счет использования в вариантах заявленного способа простых устройств, представляющих собой держатели для крепления заземляющих проводников диаметром 8-10 мм.
Заявленные варианты способа не только облегчают, но и ускоряют процесс установки системы молниезащиты.
Заявленный способ, представленный в двух вариантах, позволяет надежно зафиксировать и закрепить один или два заземляющих проводников диаметром 8-10 мм к торцу стенки или полки металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, и других металлический конструкций, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения, толщина которых может варьироваться от 3 до 20 мм.
Заявленное изобретение может также быть использовано для крепления на торцевой стороне любых металлических конструкций, содержащих полки, в которых толщина варьируется в вышеуказанных пределах.
Крепление заземляющих проводников диаметром 8-10 мм к торцу полок или стенок металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, и других металлический конструкций, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения, осуществляют с помощью простого и надежного устройства, представляющего собой держатель для крепления заземляющих проводников диаметром 8-10 мм, конструкцию которого проиллюстрирована на фиг. 1 (Держатель для крепления заземляющих проводников, общий вид).
Держатель для крепления заземляющих проводников по первому варианту заявленного способа содержит зажим (1) с покрытием, выполненным горячим цинкованием, и корпус П-образной формы (2), с помощью которого осуществляют крепление устройства к торцу полок или стенок металлических конструкций к торцу металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, и других металлический конструкций, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения.
Зажим (1) для фиксации одного или двух заземляющих проводников диаметром 8-10 мм, состоит из двух пластин, выгнутых в средней части и имеющих закругленный выступ в боковой части, и соединен с корпусом П-образной формы (2) с помощью болта (3).
Пластины зажима фиксируют перекрестно или параллельно в зависимости от расположения заземляющих проводников.
Корпус П-образной формы (2) состоит из средней части и боковых стенок. В центре средней части корпуса П-образной формы смонтировано резьбовое отверстие, обеспечивающее крепление корпуса П-образной формы к зажиму при помощи болта.
При этом соотношение длины боковых стенок корпуса П-образной формы по внутренней стороне к ширине средней части корпуса варьируется от 1,4÷1 до 1,8÷1. За счет такого соотношения вышеуказанных размеров конструкции корпуса П-образной формы обеспечивается надежное крепление держателя для крепления заземляющих проводников к торцу полок или стенок металлической конструкции.
На одной из боковых стенок смонтированы равноудаленные друг от друга резьбовые отверстия с расположенными в них болтами (4), за счет которых обеспечивается крепление к торцу полок или стенок металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения.
Ширина зазора между боковыми стенками корпуса П-образной формы соответствует величине толщины торца полки или стенок в вышеуказанных металлических конструкциях к которой добавляется величина зазора, необходимого для крепления болтов к торцу. Размеры зазора между боковыми стенками представлен в табл. 1.
На фиг. 2 проиллюстрирован держатель для крепления заземляющих проводников с видом сбоку со стороны расположения болтов (4).
На фиг. 3 проиллюстрирован держатель для крепления заземляющих проводников с видом сбоку со стороны расположения внутренней части.
В таблице 1 указаны весь размерный ряд держателей для крепления заземляющих проводников, используемых в заявленных вариантах способа.
1
2
На фиг. 2, 3 и в табл. 1 размер А (мм) соответствует габаритной ширине корпуса держателя для крепления заземляющих проводников, размер L (мм) соответствует габаритной длине держателя для крепления заземляющих проводников, размер L (мм) соответствует длине корпуса держателя для крепления заземляющих проводников, размер L (мм) соответствует длине по внутренней стороне боковых стенок корпуса держателя для крепления заземляющих проводников, размер S (мм) соответствует ширине зазора между боковыми стенками корпуса держателя П-образной формы для крепления заземляющих проводников, с учетом величины зазора для крепления болтов.
В общем виде по первому варианту способ крепления заземляющих проводников диаметром 8-10 мм к торцу полок или стенок металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения, с помощью держателя для крепления заземляющих проводников, содержащего зажим, состоящий из двух пластин, выгнутых в средней части и имеющих закругленный выступ в боковой части, и корпус держателя П-образной формы, соединенный с зажимом при помощи болта и состоящий из средней части и боковых стенок, где на одной из боковых стенок расположены болты для крепления к металлической конструкции, а соотношение длины боковых стенок корпуса держателя П-образной формы по внутренней стороне к ширине средней части корпуса держателя П-образной формы варьируется от 1,4÷1 до 1,8÷1, при этом ширина зазора между боковыми стенками соответствует величине полки или стенки металлической конструкции, к которой добавлена величина зазора для крепления болтов к металлической конструкции, расположенных на одной из боковых стенок корпуса П-образной формы, заключается в следующем.
Сначала к торцу полок или стенок металлической конструкции крепят держатель для заземляющих проводников со стороны корпуса П-образной формы, с расположением торца полок или стенок металлической конструкции в зазоре между боковыми стенками корпуса держателя П-образной формы, после чего болты для крепления к металлической конструкции, расположенные на одной из боковых стенок корпуса держателя, затягивают, затем в пластины зажима вставляют один или два заземляющих проводника диаметром 8-10 мм, фиксируют пластины перекрестно или параллельно, в зависимости от выбранного расположения заземляющих проводников, и закрепляют с помощью болта, соединяющего зажим и корпус П-образной формы.
На фиг. 4 проиллюстрирован держатель для крепления заземляющих проводников по второму варианту заявленного способа, который содержит зажим (1) с покрытием, выполненным горячим цинкованием, шпильку и корпус П-образной формы (2), с помощью которого осуществляют крепление устройства к торцу полок или основания металлических конструкций к торцу металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, и других металлический конструкций, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения.
Зажим (1) держателя для крепления заземляющих проводников по второму варианту способа состоит из двух пластин, выгнутых в средней части и имеющих закругленный выступ в боковой части, и соединен с корпусом П-образной формы (2) на определенном расстоянии от корпуса П-образной формы при помощи шпильки (5).
Пластины зажима фиксируют перекрестно или параллельно в зависимости от расположения заземляющих проводников.
Корпус П-образной формы (2) состоит из средней части и боковых стенок. В центре средней части смонтировано резьбовое отверстие, обеспечивающее крепление корпуса П-образной формы к зажиму при помощи болта.
При этом соотношение длины боковых стенок корпуса П-образной формы по внутренней стороне к ширине средней части корпуса варьируется от 1,4÷1 до 1,8÷1.
На одной из боковых стенок смонтированы резьбовые отверстия, равноудаленные друг от друга, с расположенными в них болтами (4), за счет которых обеспечивается крепление к торцу полок или стенок металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, и других металлический конструкций, содержащих полки и стенки прямоугольного сечения.
Ширина зазора между боковыми стенками корпуса П-образной формы соответствует величине толщины торца полки или основания вышеуказанных металлических конструкций, к которой добавляется величина зазора, необходимого для крепления болтов к торцу. Размер ширины зазора между боковыми стенками, по аналогии с первым вариантом заявленного способа, представлен в табл. 1.
1;
2
Все размеры A, L, L L, S представленные на фиг. 2, 3 и в табл. 1, уточненные выше для первого варианта заявленного способа, аналогичны и для держателя для крепления заземляющих проводников по второму варианту заявленного способа.
В общем виде по второму варианту способ крепления заземляющих проводников диаметром 8-10 мм к торцу полок или стенок металлических конструкций, выполненных из уголка, полосы, тавра, двутавра и швеллера, и содержащих полки и стенки прямоугольного сечения, с помощью держателя для крепления заземляющих проводников, содержащего шпильку с крепежом, зажим, состоящий из двух пластин, выгнутых в средней части и имеющих закругленный выступ в боковой части, и корпус П-образной формы, соединенный с зажимом на определенном расстоянии при помощи шпильки с крепежом и состоящий из средней части и боковых стенок, где на одной из боковых стенок расположены болты для крепления к металлической конструкции, а соотношение длины боковых стенок по внутренней стороне корпуса П-образной формы к ширине средней части корпуса держателя П-образной формы варьируется от 1÷1,4 до 1÷1,8, при этом ширина зазора между боковыми стенками соответствует величине толщины полки или стенки металлической конструкции, к которой добавлена величина зазора для крепления болтов, расположенных на одной из боковых стенок корпуса П-образной формы, заключается в следующем.
Сначала к торцу или стенок металлической конструкции крепят держатель для крепления заземляющих проводников со стороны корпуса П-образной формы, с расположением торца полок или стенок металлической конструкции в зазоре между боковыми стенками корпуса держателя П-образной формы. При этом ширина зазора между боковыми стенками соответствует величине толщины полки или стенки металлической конструкции, к которой добавлена величина зазора для крепления болтов, расположенных на одной из боковых стенок корпуса П-образной формы. После чего затягивают болты для крепления к металлической конструкции, расположенные на одной из боковых стенок корпуса держателя, затем в пластины зажима вставляют один или два заземляющих проводника диаметром 8-10 мм, фиксируют пластины зажима перекрестно или параллельно, в зависимости от выбранного расположения заземляющих проводников, и закрепляют с помощью крепежа на шпильке, соединяющей зажим и корпус П-образной формы.
Причем соотношение длины боковых стенок корпуса П-образной формы по внутренней стороне к ширине средней части корпуса варьируется от 1,4÷1 до 1,8÷1. За счет такого соотношения вышеуказанных размеров конструкции корпуса П-образной формы обеспечивается надежное крепление держателя для крепления заземляющих проводников к торцу полок или стенок металлической конструкции.
Детали держателей для крепления заземляющих проводников и в первом и во втором варианте выполнены из нелегированной качественной стали ГОСТ 1050-2013, с покрытием горячее цинкование ГОСТ 9.307-89, толщина которого составляет 55 мкм.
Крепежные детали (болты, шпильки и стандартные крепежные элементы) выполнены из стали марки А2.
Срок службы деталей зависит от фактической толщины покрытия деталей изделия горячим цинком, окружающей атмосферной среды, ее параметров и условий эксплуатации (согласно ГОСТ ISO 9223-2017, ISO 12944-2: 2017(E)).
Заявленный способ, представленный в двух вариантах, прост в использовании и позволяет надежно закрепить один или два заземляющих проводников на металлической конструкции, с возможностью легкого демонтажа при необходимости.