Какое должно быть расстояние от кабеля до токоотвода?

Цитата:

По фасаду здания проложен электрический кабель

Что за кабель проложен по фасаду и какое его назначение?

Цитата:

Таким образом, вертикальный токоотвод будет пересекать существующий на фасаде кабель.

Это плохо.

Цитата:

1) На каком минимально допускаемом расстоянии от существующего электрического кабеля должен располагаться токоотвод молниезащиты? Каким документом это регламентируется?

Это будет зависеть от сопротивления заземления молниеотвода и высоты над землей точки сближения.

Цитата:

2) Как можно защитить электрический кабель при близко (не более 100 мм) расположенном к нему токоотводе молниезащиты? И нужна ли защита кабеля в этом случае? Каким документом регламентируется?

Данные ситуации прописаны в "РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОЛНИЕЗАЩИТЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ, КОТТЕДЖЕЙ, ДАЧНЫХ (САДОВЫХ) ДОМОВ И ДРУГИХ ЧАСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ (автор В.Н. ХАРЕЧКО".
3.7. Допустимое расстояние между молниеотводами и защищаемыми зданиями
Само собой разумеется, что защищаемый дом (хозпостройка) должен полностью располагаться в зоне защиты молниеотвода. Однако он должен располагаться на определенном расстоянии от молниеотвода.
Если это расстояние меньше допустимого, то при разрядах молнии могут происходить перекрытия (разряды) с элементов молниеотвода (несущей конструкции, токоотвода) на защищаемый дом.
Молниезащитное устройство дома, включающее в себя молниеприемник, токоотвод и заземлитель, имеют электрическое сопротивление (активное и индуктивное). Наибольшей частью активного сопротивления обладает заземлитель, с которого ток молнии стекает в землю, т.е. переходное сопротивление между заземлителем и грунтом. Токоотвод представляет собой индуктивность, величина которой зависит от его длины.
Ток молнии, проходя по элементам молниеотвода в землю создает падение напряжения на сопротивлении заземления и индуктивности токоотвода. Падение напряжения UR на сопротивлении заземления RИ (см. ниже) равно:
UR = IМRИ, (13)
где IМ - ток молнии.
Падение напряжения на индуктивности токоотвода L
UL = aL, (14)
где a - средняя скорость (крутизна) нарастания тока молнии.
Максимальный потенциал в точке токоотвода, расположенной на расстоянии L от заземлителя (рис. 32), при разряде молнии в молниеотвод составляет:
Ul = IМRИ + aL. (15)
Для расчета потенциала молниеотвода принимается амплитуда тока молнии IМ = 150 кА и средняя крутизна его фронта а = 30 кА/мкс. Индуктивность токоотвода L можно выразить через произведение удельной индуктивности L0 (индуктивности единицы длины) на его длину l.
L = L0l. (16)
Как для металлических молниеотводов решетчатой конструкции, так и для отдельно проложенных токоотводов L0 ≈ 1,7 мкГ/м. Таким образом, для расчетных условий максимальный потенциал, кВ:
Ul = 150RИ + 30´1,7´l (17)
Амплитуда напряжения на молниеотводах оказывается весьма высокой; например, при RИ = 10 Ом
на расстоянии l = 10 м от заземлителя получим:
Ul = 150´10 + 30´1,7´10 = 2000 кВ.
Потенциал заземлителя при этом будет равняться:
UЗ = IМRИ = 150´10 = 1500 кВ.
Очевидно, чтобы не было перекрытия с молниеотвода на защищаемый объект, прочность изоляции между ними должна быть выше величины напряжения на молниеотводе.
В том случае, когда объект и молниеотвод разделены воздушным промежутком длиной SB, необходимо выполнить условие:
SB ≥ Ul/Е, (18)
где Е - допустимая средняя напряженность электрического поля в воздухе, при которой невозможен пробой промежутка между молниеотводом и объектом; она равна 500 кВ/м.
Если в (18) подставить значение Е и Ul, из (17), то длина воздушного промежутка, м будет:
(19)
Чтобы исключить возможность перекрытия в земле с заземлителя на входящие в здание металлические коммуникации электрический кабель и др., нужно выдержать между ними расстояние, м равное:
(20)
E1 = 300 кВ/м - допустимая средняя напряженность электрического поля в земле.
Таким образом, допускаемое расстояние в точках сближения молниеотвода и объекта зависит от сопротивления заземления молниеотвода и высоты над землей точки сближения. Если известны SB, SЗ и l, то по формулам (19) и (20) легко найти величину сопротивления заземления, обеспечивающую безопасность сближения.
Аналогичное положение возникает в случае разряда молнии в молниеотвод, расположенный на здании. В этом случае между молниезащитным устройством и заземленными объектами внутри здания (электропроводкой, трубопроводами различного назначения, металлическими элементами дома) также должно быть обеспечено необходимое расстояние, иначе между ними произойдет пробой, который может вызвать местное повреждение дома и может оказаться опасным также и для людей, находящихся в этот момент в доме. Расчет необходимого расстояния в месте сближения в случае одного токоотвода может производиться по формуле (19), однако если часть промежутка SB занимает кирпичная (или из какого-либо другого непроводящего материала) стена, то ее следует учитывать утроенной толщиной.
Если здание имеет n токоотводов, то допустимое расстояние в точке сближения с одним из токоотводов определяется по формуле:
SB ≥ 0,3RИ + 0,1l/n. (21)
Если в качестве токоотвода используется стальной каркас здания или разветвленная водопроводная сеть, то второй член в (21) очень мал и практически не оказывает влияния на величину SB. Основную роль играет величина сопротивления заземлителя.
Заметим также, что если токоотвод имеет петлю длиной l (рис. 9), то падение напряжения на этой петле Ui = aL0l = 30´1,7l = 50l. Чтобы не было пробоя между точками 1 и 2, необходимо выполнить условие
(22)
В случае, если ни конструктивно, ни снижением величины сопротивления заземления не удается обеспечить требуемую электрическую прочность между токоотводом и заземленными частями внутри здания, необходимо последние присоединить вблизи мест сближения с молниезащитным устройством (токоотводом), а в нижней части - с заземлителем.
Электропроводка при этом должна быть проложена в металлических трубах, которые также внизу присоединяются к заземлителю, а в местах сближения и к молниезащитному устройству. Электрическая емкость между трубой и лежащей внутри нее электропроводкой достаточно велика, а, как известно, емкостное сопротивление обратно пропорционально величине емкости и частоте тока. Поэтому при прохождении тока молнии, эквивалентного току весьма высокой частоты, емкостное сопротивление между проводкой и трубой ничтожно, и, таким образом, оказывается, что проводка и труба практически имеют между собой электрическое соединение. Этот эффект спасает изоляцию электропроводки от пробоев.