Молниезащита дома:

Молния не зря относится к наиболее опасным явлениям природы. По своей сути, она является огромным электрическим разрядом, который возникает в атмосфере. Для молнии характерна очень яркая вспышка, в сопровождении громовых раскатов. Ее действие нередко приводит к выходу из строя всевозможного электрооборудования и электронных устройств. Молния вызывает повреждения строений, из-за нее часто возникают пожары, а людей поражает электрический ток.

В связи с тем, что молнии в природе - довольно частое явление, на первый план выходит молниезащита дома и других строений от возможных повреждений. Для этого разработаны комплексные меры, по предотвращению прямого попадания в здание электрического заряда.

Главные функции молниезащиты

По своему прямому назначению защита частного дома от молний может быть внутренней или внешней. Внешняя функция защиты заключается в перехвате молнии с последующим отводом в землю электрического заряда. Таким образом, здание надежно защищается от повреждений, а людям, находящимся в нем, становится не страшно поражение током.

Внутренняя защита дома предохраняет приборы и оборудование от возможных скачков напряжения, возникающих в сети. Такие скачки возникают, когда электромагнитное поле изменяет свою напряженность в том месте, куда пришелся удар молнии. Для защиты применяются специальные устройства, способные нейтрализовать импульсные перенапряжения.

Внешняя молниезащита дома разделяется на активную и пассивную. Использование активной защиты началось сравнительно недавно. Однако, она уже выявила ряд серьезных преимуществ в сравнении с обычной пассивной схемой молниезащиты. Основное отличие заключается в наличии молниеприемника. Во время грозы, он производит ионизацию окружающего пространства, тем самым существенно увеличивая радиус своего действия. Данное устройство совершенно безопасно, для его использования не требуются дополнительные затраты. Следует более подробно рассмотреть основные способы защиты от молний.

Как защититься от молнии

В активной системе защиты установка молниеприемника осуществляется выше, чем один метр, над самой высокой частью здания и, практически, не портит его внешний вид. В итоге, получается большая защищаемая площадь и незначительный расход материалов для устройства элементов защиты.

Активная защита от молний является достаточно эффективной с экономической точки зрения. Она требует меньшего количества молниеприемных и токоотводящих элементов. Данная система отличается довольно простым монтажом.

Однако, в настоящее время, более широко применяется традиционная пассивная защита. Для ее устройства применяются металлические элементы, которые используются в качестве молниеприемников. Их установка производится на крышах и других, наиболее подходящих частях домов.

В , где кровли имеют очень большую площадь, молниеприемники устраиваются из металлических сеток или тросов. Такие конструкции не подходят для частных домов, поэтому, их можно подробно не рассматривать.

В загородных домах и на дачах чаще всего используется классическая конструкция молниеотвода, основой которой являются металлические стержни. В некоторых случаях они могут комбинироваться с сеткой из металла. Иногда, молниеприемником может служить сама металлическая крыша. Чтобы молния при ударе не прожгла ее, толщина кровельного металла должна составлять от 4 миллиметров и выше.

Огромный практический опыт использования пассивной молниезащиты частных домов позволил осуществить разработку специальной технической документации. Ее использование позволяет точно рассчитать все параметры защитной системы и расход материалов для любого дома или дачи. Точные расчеты обеспечивают ее долговременную и надежную работу.

Монтаж внешней молниезащиты

В качестве недостатков пассивной системы, можно отметить громоздкость конструкции, которая нередко портит внешний вид дома, высокую материалоемкость и значительно меньшую зону покрытия по сравнению с активным вариантом.

Однако, когда другие варианты неприемлемы и не могут быть использованы с технической точки зрения, наиболее целесообразным будет применение классических стержневых молниеотводов.

Устройство стержневого молниеотвода

Стержневые молниеотводы еще называются громоотводами. Классическая конструкция включает в себя молниеприемник, токоотвод и заземлитель.

Молниеприемник представляет собой металлический стержень, располагающийся в зоне возможных действий молнии. Для токоотвода используется проводник с большим сечением. С его помощью производится соединение молниеприемника и заземлителя. Сам заземлитель изготавливается из одного или нескольких проводников, которые закапываются в землю.

Все элементы громоотводы закрепляются и соединяются между собой независимо от самого здания. Чем больше высота дома, тем выше вероятность удара молнии. Поэтому, защищаемый объект должен иметь молниеотвод, расположенный на значительной высоте. Иногда защитная конструкция устраивается возле здания, но по высоте она все равно должна превосходить его.

Данная конструкция получила широкое применение, благодаря простоте и надежности, а также возможности установки практически в любых местах. Кроме громоотвода, в пассивную систему входит заземление, без которого не будут выполняться защитные функции. Его устройство осуществляется по определенным схемам, поэтому, на заземлении стоит остановиться подробнее.

Устройство заземления в системе молниезащиты

Основной конструкцией заземления является заземляющий контур. Он состоит из вертикальных и горизонтальных заземлителей. Вертикальные заземлители имеют длину от 3 до 5 метров. Однако, при высоком удельном сопротивлении грунта, их размер может быть гораздо больше. Поэтому, вертикальные заземлители изготавливаются из стальных стержней, покрытых медью. Каждый из них имеет латунную муфту с резьбой, для того, чтобы, при необходимости, состыковать их между собой и погрузить в грунт на значительную глубину, вплоть до 20 метров. На большой глубине значение удельного сопротивления грунта остается неизменным, не зависит от влияния погоды и перепадов температур. Для установки вертикальных конструкций может использоваться вибромолот.

Горизонтальные заземлители изготавливаются из стальных полос или прутков, с сечением 160 мм2. Все заземлители в местах пересечений и соединений свариваются внахлест. Нахлест для круглых конструкций составляет не менее двух диаметров, а плоские конструкции должны перехлестываться на две ширины. Особое внимание следует обращать на непрерывность сварочного шва. Чтобы избежать существенных разрушений от воздействия молнии на границе земли и воздуха, конструкции заземлителей необходимо тщательно изолировать. Изоляция должна производиться на 10 см выше и настолько же ниже уровня земли. После изоляции грунтом, эти места покрываются эмалью в два слоя. Все места сварки подвергаются тщательной обработке специальным антикоррозийным составом.

Надежное соединение и токоотвода осуществляется с помощью специально разработанных электрозажимов, значительно ускоряющих и упрощающих проведение монтажных работ.

Устройство внутренней молниезащиты частного дома

Для внутренней молниезащиты частного дома устанавливаются специальные устройства для защиты электрических сетей и подключенного к ним оборудования. Данная защита необходима при скачках напряжения, появляющихся в результате удара молнии. Избыточное напряжение в сети может возникнуть как при непосредственном воздействии молнии, так и во время растекания заряда, перехваченного системой молниеотвода. В это время изменяется напряженность электромагнитного поля, вызывающая в сети импульсный ток. При таком перенапряжении могут выйти из строя даже электроприборы, находящиеся в выключенном состоянии, со шнуром в розетке.

Повреждающие факторы могут быть разными, поэтому, внутренняя защита разделяется на следующие классы:

1. 1-й класс. Цепи управления, питания и сигнализации предохраняются от возможных повреждений. Местом установки является главный ввод кабеля.
2. 2-й класс. Используется для страховки первого класса и устанавливается в главном .
3. 3-й класс. Выполняет локальные функции по гашению высокочастотных остаточных колебаний и перепадов напряжения, не ликвидированных двумя первыми линиями защиты. Местом их установки являются распределительные щиты вспомогательного назначения.
4. В комбинированных устройствах сочетаются защитные свойства 1 и 2 класса.

В большинстве случаев, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию электрических сетей, достаточно установить защиту 1-го класса. Однако, если в доме имеется дорогостоящее или ценное оборудование, то осуществляется дополнительная защита, путем установки защитных устройств 3-го класса непосредственно перед этим оборудованием. В распределительный щит, питающий эти устройства, монтируется защита 2-го класса.

Таким образом, устройство молниезащиты в современных частных домах, наполненных дорогостоящей аппаратурой, совсем нелегкое дело. Здесь не поможет установка громоотвода, выполненная кустарным способом. Для устройства нормальной защиты необходимы квалифицированные специалисты, способные произвести все необходимые расчеты.

В большинстве случаев молния действует предсказуемо, несмотря даже на полную непредсказуемость этого природного явления – она не выбирает цель, а бьет непосредственно в самый высокий предмет. В общем, если ваш дом является самым высоким строением в радиусе 200-300м, то молниеотвод окажется не лишним дополнением к вашему дому. Именно он убережет вас от неприятных, а иногда очень опасных исходов, связанных с прямым попаданием молнии в дом. О нем и пойдет речь в этой статье, в которой вместе с сайтом сайт мы ответим на следующие вопросы: какие бывают молниеотводы, как они устроены и как изготавливаются своими руками?

Молниеотвод фото

Молниеотвод: разновидности и их конструкции

В принципе, конструкция молниеотвода представляет собой бесхитростный механизм, состоящий из трех простейших частей, изготовить которые самостоятельно и собрать в единую систему не представляет никаких сложностей.

1. Приемник молнии – это железный элемент, поднимаемый на несколько метров выше крыши строения. Размещаться он может как непосредственно на самом строении, так и рядом с ним, неподалеку.
2. Токоотвод. По сути, это толстая стальная или медная жила, по которой ток, полученный от разряда попавшей в приемник молнии, передается в контур заземления.
3. Заземляющий контур. Его назначение простое – именно с его помощью разряд молнии передается в землю, где он и гаснет, не причиняя постройкам и человеку никакого вреда.

Так устроены все виды молниеотводов без исключения. Причем два элемента этого устройства все время остаются неизменными – это токоотвод и . На разновидности этих приспособлений оказывает влияние исключительно конструкция приемника молний, о которых мы и поговорим дальше.

1. Стержневой молниеприемник. Это устройство знакомо практически всем жителям частного сектора – оно представляет собой обыкновенную металлическую мачту, поднятую на пару метров над верхним краем . Такая мачта может стоять как на крыше дома, так и немного в стороне от постройки или рядом, вдоль стены дома. Фактически отдельно стоящий молниеприемник в плане изготовления более простой – сама мачта одновременно является и приемником грозовых разрядов и токоотводом. Она напрямую подключается к контуру заземления самым что ни на есть жестким способом (сваркой).

   

   Стержневой молниеотвод фото

2. Линейный, или, как его еще называют, тросовый молниеотвод. Чтобы проще было понять о чем идет разговор, этот молниеприемник можно представить в виде натянутой между двумя небольшими мачтами проволоки или троса – отсюда и его название. В чем основное отличие такого устройства от обычной мачты? В возможности полностью улавливать все разряды молнии, не позволяя даже малой их части попадать на металлические элементы строения. В большинстве случаев такой молниеприемник соединяется с контуром заземления посредством отдельной мощной токоотводящей жилы – это может быть либо медный большого сечения, либо металлическая полоса или прут.

   

   Тросовый молниеотвод фото

3. Сетчатый приемник молний. Его суть заложена в самом названии – такой токоприемник укладывается непосредственно на крышу дома. Сверху из толстых токопроводящих жил создается полноценная сетка, которая и принимает на себя все разряды молнии. Дальше все стандартно – посредством токоотводящего кабеля или толстой стальной полосы (либо прутка) разряды статического напряжения направляются в контур заземления, где и рассеиваются, не причиняя вреда строению.

   

   Сетчатый молниеотвод фото

Этих основных конструкций улавливателей молнии вполне достаточно для того, чтобы полностью защитить свой дом от такого природного явления, как молния.

Молниеотвод в частном доме и его контур заземления

По большому счету, заземление молниеотводов устроено аналогичным образом, как и контур заземления самого дома – здесь следует сразу понять один момент, что эти два контура не должны быть связаны между собой – это два отдельных элемента. Подключив молниеотвод к контуру заземления дома, вы рискуете в один момент потерять не то что все электрооборудование, а и вообще весь дом целиком – для защиты от грозовых разрядов придется оборудовать отдельное заземление.

Изготавливается оно практически точно так же, как и заземление дома, за исключением некоторых отличий.

Как видите, между контуром заземления дома и такой же частью молниеотвода общий только принцип – требования к этим элементам защиты разнятся. Еще один момент, объединяющий эти две системы, заключается в глубине их залегания – верхняя часть контура располагается на глубине 500-800мм над поверхностью грунта.

Устройство молниеотвода: как соединить заземление и приемник молний

Токоотводящая или, правильнее сказать, токопередающая часть молниеотвода является не менее важным элементом, чем его заземление и сам приемник молний – вы только представьте, что случится с домом, если этот элемент устройства просто не выдержит нагрузку и сгорит. В таком случае все грозовые разряды попадут в дом, и тогда от беды может спасти только чудо. Именно по этой причине к токопроводящей шине следует отнестись не менее серьезно, чем ко всему другому. Здесь имеется всего два важных момента, которые нужно соблюсти, как говорится, беспрекословно.

Что же касается крепления токоотводящей жилы к стенам строения, то здесь используются пластиковые клипсы. В идеале, чтобы сохранить молниепровод в целостности в течение долгого времени, его лучше изолировать от окружающей среды, поместив в обыкновенный кабель канал.

В принципе, это все, остается добавить не так уж и много. А именно о таких моментах, как молниезащита отдельных элементов крыши. Если имеется , то вокруг него нужно намотать хотя бы пару витков отводящей ток жилы и соединить ее с общим молниеотводом. Также в защите нуждаются и все элементы кровли, изготовленные из металла – к примеру, отводящие воду желоба и трубы. Только в таком случае изготовленный самостоятельно молниеотвод будет являться надежной защитой дома от грозовых разрядов.

Молниеотвод - это система технических элементов, основным предназначением которых является защита от разряда молнии. Молниеотвод обеспечивает защиту отдельных зданий либо комплекса зданий и сооружений - трубопроводов, мостов, подземной и наземной инфраструктуры, заглубленных зданий.

В обиходе это устройство получило другое наименование - громоотвод. С чисто технической точки зрения оно неверно, однако давно закрепилось в русском языке и является общеупотребительным.

Из чего состоит устройство

Вне зависимости от вида, любой молниеотвод состоит из следующих конструктивных элементов:

• молниеприемника;
• токоотвода (токовод, спуск);
• заземлителя.

К ней предъявляются особо жесткие требования. Нормируются все расстояния - от молниеотводов до защищаемого объекта, расстояние между перемычками индукционной защиты и так далее.

Молниеприемник, как правило, стержневой либо тросовый. Внутренняя защита осуществляется присоединением металлоконструкций - станков, балок, троллея, любых других элементов - непосредственно к заземлителю, либо через заземляющий контакт электрооборудования. Общее сопротивление заземлителя не может быть больше 10 Ом.

Вторая категория

II категория молниеотводов предназначена для обеспечения защиты такого же уровня в местностях с меньшим количеством гроз в год, либо для зданий с меньшей взрыво- и пожароопасностью, например, для объектов класса B-Ia, B-I6, B-IIa, В-Iг (электроустановки).

Этот вид молниеотводов монтируется подобно молниезащите I категории с тем отличием, что в качестве приемника может применяться уложенная непосредственно на крышу стальная сеть из прутьев определенного сечения (не менее 6 мм) и с определенным шагом сетки.

Укладка производится на негорючую поверхность. Требования к соблюдению рабочих расстояний менее жесткие, так, дистанция от молниеотвода до здания может быть любой. Спуски монтируются аналогично более высокому классу.

В роли «земли» может выступать фундамент из железобетона, если сопротивление грунта не более 500 Ом. Конкретные особенности прокладки молниеотвода зависят от типа защищаемого здания - производственный цех, административное здание, хранилище жидкого топлива или резервуар для газа, электроустановка и другое. Величина импульсного сопротивления на «земле» не может быть больше 10 Ом.

Третья категория

III категория видов молниеотводов применяется, если в местности общая продолжительность гроз более 20 ч в год, а также для объектов, соответствующих классу П-III по электробезопасности и III-V классу огнестойкости. К примеру, это детские сады, ясли, школы, кинотеатры, больницы, другие социально значимые учреждения, в которых, тем не менее, нет легко воспламеняющихся или способных взрываться устройств или материалов.

Этот вид молниеотвода отличается тем, что не обеспечивает защиты от электромагнитной и электрической индукции - только от возгорания вследствие прямого поражения молнией и от возникновения на металлических частях и других проводящих элементах опасного напряжения.

Технологически выполненный по этой категории молниеотвод отличается от системы по II категории только большим шагом сетки - он может составлять 12*12 м - и порогом импульсного сопротивления - оно может составлять 20 Ом. Отдельно стоящие емкости с ГСМ, кроме бензина, а также трубы и некоторые другие элементы можно защищать с применением заземлителя импульсным сопротивлением до 50 Ом.

В молниеотводе, выполненном в соответствии с III категорией, допустимо использовать соединение с помощью скрутки, если соединяемые элементы это позволяют.

Во всех случаях должен быть основан на количестве ожидаемых ударов молнии в год. Чем он выше, тем выше и категория. Допустимо не подключать к громоотводу помещения из несгораемых материалов, считающиеся невзрывоопасными.

Если в здании есть помещения, относящиеся к разным классам пожаро- и электробезопасности, то категория молниеотвода выбирается максимальная из необходимых. Отдельных громоотводов II и III, например, категории в одном и том же здании не делают.

Документация

Поскольку молнии несут реальную опасность пожара и поражения электрическим током находящихся в здании людей, на устройства молниезащиты существуют свои ГОСТы и инструкции по монтажу молниеотводов всех видов. Несоблюдение стандартов, как и несоблюдение любых подобных правил, может быть чревато несчастным случаем.

Тем не менее, единого всеобъемлющего госстандарта на молниеотводы нет. Для каждого конкретного проекта строители руководствуются частными случаями, описанными в различных ПУЭ и ГОСТах для защиты электроустановок, зданий и сооружений.

На международном уровне применение молниеотводов всех видов регламентирует документ МЭК 62305.4 . Основными нормативными актами в России являются РД 34.21.122-87 и CO 153-343.21.122-2003. На молниеотвод выполняется соответствующая сопроводительная документация. Он сдается при вводе в эксплуатацию здания или сооружения, как соответствующий элемент защиты.

Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой удар молнии. Поэтому он должен надежно противостоять механическим и тепловым воздействиям тока и высокотемпературного канала молнии. Несущая конструкция несет на себе молниеприемник и токоотвод, объединяет все элементы молниеотвода в единую, жесткую, механически прочную конструкцию. В электроустановках молниеотводы устанавливаются вблизи токоведущих частей, находящихся под рабочим напряжением. Падение молниеотвода на токоведущие элементы электроустановки вызывает тяжелую аварию. Поэтому несущая конструкция молниеотвода должна иметь высокую механическую прочность, которая исключила бы в эксплуатации случаи падения молниеотвода на оборудование электростанций и подстанций. Молниеотвод должен иметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом растеканию импульсного тока. Защитное свойство стержневых молниеотводов заключается в том, что они ориентируют на себя лидер формирующегося грозового разряда. Разряд происходит обязательно в вершину молниеотвода, если он формируется в некоторой области, расположенной над молниеотводом. Эта область имеет вид расширяющегося вверх конуса и называется зоной 100%-го поражения.

Опытными данными установлено, что высота ориентировки молнии H зависит от высоты молниеотвода h. Для молниеотводов высотой до 30 метров:

а для молниеотводов высотой более 30 метров H=600 м.

где - активная часть молниеотвода, соответствующая его превышению над высотой защищаемого объекта:

Рисунок 1.1 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 - граница зоны защиты; 2 - сечение зоны защиты на уровне.

Для расчёта радиуса защиты в любой точке защитной зоны, в том числе и на уровне высоты защищаемого объекта, используется формула:

где - поправочный коэффициент, равный 1 для молниеотводов высотой меньше 30 метров и равный для более высоких молниеотводов.

Зоны защиты протяженных объектов в которых используется несколько молниеотводов, целесообразно, чтобы зоны их 100%-го поражения смыкались над объектом или даже перекрывали друг друга, исключая вертикальный прорыв молнии на объект защиты Расстояние (S) между осями молниеотводов должно быть равно или меньше величины, определяемой из зависимости:

Зона защиты двух и четырёх стержневых молниеотводов в плане на уровне высоты защищаемого объекта имеет очертания, приведённые на рисунке 1.3, а, б.

Наименьшая ширина зоны защиты, показанный на чертеже радиус защиты определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, а определяется по специальным кривым. На рисунке 1.2 показаны конструкции стержневых молниеотводов. Если у молниеотводах высотой до 30 метров, расположенных на расстоянии, наименьшая ширина зоны защиты равна нулю.

Рисунок 1.2 Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных опорах: а -из вибрированного бетона; б - центрифугированного бетона

Рисунок 1.3 Стержневые молниеотводы на металлических опорах: а - тросовый молниеотвод (несущая конструкция); б - стержневой молниеотвод (несущая конструкция)

На рисунке 1.3 показаны конструкции стержневых молниеотводов на металлических опорах. Радиусы защиты определяются в этом случае так же, как и для одиночных молниеотводов. Размер определяется по кривым для каждой пары молниеотводов. Диагональ четырёхугольника или диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, образованного тремя молниеотводами, по условиям защищённости всей площади должны удовлетворять зависимости:

Для молниеотводов высотой меньше 30 м:

Для молниеотводов высотой более 30 м:

Отдельно стоящие стержневые молниеотводы с металлическими опорами устанавливаются на железобетонных фундаментах. Токоотводамп для таких молниеотводов служат несущие конструкции. На металлических и железобетонных конструкциях ОРУ, как правило, устанавливаются молниеотводы с металлическими несущими частями. Конструкция их крепления определяется особенностями той конструкции ОРУ, к которой крепится стержневой молниеотвод. Обычно конструкция молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, представляет собой стальную трубу, нередко состоящую из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решетчатую конструкцию из угловой стали. Потенциал на молниеотводе в момент разряда определяется зависимостью:

где - импульсное сопротивление заземления молниеотвода 5-25 Ом;

Ток молнии в хорошо заземлённом объекте.

Потенциал на молниеотводе определяется:

где - крутизна фронта волны тока;

• - точка молниеотвода на высоте объекта;
• - удельная индуктивность молниеотвода.

Для расчёта минимального допустимого приближения объекта к молниеотводу можно исходить из зависимости:

где - допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая 500 кВ/м.

Руководящие указания по защите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода принимать равным:

Эта зависимость справедлива при токе молнии, равным 150 кА, крутизне тока 32 кА/мксек и индуктивности молниеотвода 1,5 мкГн/м. Независимо от результатов расчёта, расстояние между объектом и молниеотводом должно быть не менее 6 метров.

Тросовый молниеотвод. Значения коэффициентов k и z берутся в зависимости от допускаемой вероятности прорыва молнии в зону защиты. Вероятность прорыва молнии в зону защиты равна отношению числа разрядов молнии в защищаемое сооружение к общему числу разрядов молнии в молниеотвод и защищаемое сооружение. Если допускается вероятность прорыва молнии в зону защиты 0,01, то коэффициент 1, а при допускаемой вероятности 0,001, т. е. защитные зоны тросовых молниеотводов несколько меньше защитных зон стержневых молниеотводов. Форма зоны защиты двух параллельных тросовых молниеотводов высотой до 30 м. Внешние границы зоны защиты каждого троса определяются так же, как и для одиночного тросового молниеотвода. В зависимости от конструкции опор, могут быть применены один или два троса, наглухо присоединённые к металлической опоре или к заземляющим металлическим спускам деревянных опор. Для предохранения троса от пережога током молнии и контроля заземления опоры крепления троса производится с помощью одного подвесного изолятора, шунтированного искровым промежутком. Эффективность тросовой защиты тем выше, чем меньше угол, образованный вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним из проводов. Этот угол называют защитным углом, принимая его величину в пределах

Зона защиты двух тросовых молниеотводов высотой более 30 м. Метод построения зоны защиты для этого случая такой же, как и для тросовых молниеотводов высотой до 30 м, но на расстоянии от вершины зона усекается так же, как у одиночных тросовых молниеотводов. Ширина защитной зоны, исключающей прямое поражение проводов на уровне высоты их подвеса, определяется зависимостью:

Эта зависимость справедлива для высоты подвеса троса 30 м и ниже.

Молния – мощное проявление сил природы, с которым человек сталкивается с завидной регулярностью. Это электрический разряд, возникающий из-за взаимного трения потоков теплого воздуха с каплями воды облаков и с землей. Его энергия настолько велика, что он валит деревья, поджигает деревянные кровли, выводит из строя электроприборы и всю электропроводку. Для защиты от негативных последствий удара молнии устанавливают молниеотводы.

Устройство молниеотводов нельзя назвать сложным, однако при их строительстве надо руководствоваться принципами надежности, пожаробезопасности и соблюдать параметры, описанные в инструкциях.

История молниеотвода

Земля, по сути своей, представляет огромный конденсатор. Одна обкладка – поверхность планеты и всего, что на ней находится. Другая обкладка выполнена из свободных зарядов в атмосфере. Воздух в этой системе играет роль диэлектрика. Именно его пробой и представляет собой молнию.

Осознав суть молнии как электрического процесса, изобрел и разработал устройство первого молниеотвода Бенджамин Франклин. Талантливый физик не смог развить свой дар в науке из-за бурной политической деятельности, благодаря чему его портрет изображен на стодолларовой купюре.

Тесла понял, что молния ударяет в самую высокую точку, связанную с Землей, по причине наименьшей толщины диэлектрика (слоя воздуха). В результате серии проведенных опытов, воздушный змей стал первым молниеотводом в истории. В России еще раньше подобные эксперименты проводил Ломоносов совместно с другим физиком Рихманом.

Вообще, молниеотвод – это устройство, отводящее разрушающую энергию молнии от защищаемого объекта и рассеивающее ее посредством заземления. О значении молниеотводов знали много веков назад, наблюдая, как молнии попадают в высокие деревья, колонны и башни. Однако научные эксперименты и обоснованные выводы были сделаны только в XIII веке.

Части конструкции

В принципе, устройство любого молниеотвода подразумевает наличие трех составляющих.

Молнеприемник должен выдерживать напряжения в миллионы вольт, высокую температуру и существенное ударное воздействие (молния может расщепить крупное дерево).

Эту часть молниеотвода изготавливают из проводящего металла. Применяют стальную проволоку большого диаметра (10-12 мм), стальную полосу или пруток.

Токопровод, связывающий молниеприемник с заземлителем, выполняется из проводника, и должен выдерживать кратковременное протекание колоссальных токов. Производством токоотводов занимаются отечественные и зарубежные фирмы. Вместе с проводником они предлагают крепления, что значительно упрощает монтаж устройств.

Третья часть молниеотвода – заземляющее устройство (ЗУ), способствующее беспрепятственному растеканию тока в землю из токопровода.

Сюда же справедливо можно было бы добавить и основание, на котором собрана вся эта конструкция. Но обычно в его качестве выступают сами объекты защиты (здания, опоры ЛЭП и прочее), хотя устройство молниеотвода может предполагать его размещение как самостоятельной единицы на отдельном основании.

Для предотвращения коррозии элементы молниеотвода должны быть оцинкованы или хотя бы окрашены. Если применяется покраска, то часть заземлителя, находящаяся в грунте, не окрашивается.

Виды

В общем случае можно выделить следующие виды громоотводов, применяемых на практике:

• наиболее распространенные, благодаря низкой стоимости и простому устройству, но оттого не менее эффективные, стержневые молниеотводы;
• обеспечивают защиту протяженных объектов типа длинных строений или высоковольтных ЛЭП;
• , обладающим наибольшей эффективностью, отдают предпочтение в случае защиты особо важных объектов.

Стоимость сетчатого громоотвода весьма высока. Поэтому, несмотря на высокую степень защиты, такие устройства применяются крайне редко, когда молниезащита имеет особое значение. Тросовые и стержневые системы примерно равнозначны по эффективности, но из-за простоты в обслуживании и небольшой разницы в стоимости последние имеют приоритет в применении.

Отдельным видом молниеотводов является . Внешне они практически ничем не отличаются от стержневых устройств.

Разница лишь в том, что в молниеприемник (самый кончик) встраивается электронное устройство, способствующее генерации высоковольтных импульсов во время грозы. Создавая такую «приманку» для молнии, активные системы в буквальном смысле ловят ее. Устройство такого типа принято считать самыми эффективными.

Есть компании, освоившие производство молниеотводов на промышленной основе, но зачастую эти устройства, учитывая их простоту, делают самостоятельно.

Монтаж молниеприемника

Сразу следует оговориться, что требования ПУЭ предусматривают выполнение соединений между всеми частями молниеотвода исключительно сваркой. Если это невозможно, допускается резьбовое соединение болтами и гайками.

Площадь шайб, применяемых при резьбовом соединении, должна быть увеличена. Не допускается производить монтаж элементов системы скруткой проводов или какими-либо другими методами.

Разумеется, высоту молниеприемника, в основном определяющую его эффективность, необходимо максимизировать. Согласно инструкции РД, для обеспечения надежной защиты надо поднять громоотвод минимум на 3 м над поверхностью сооружения. Это касается стержневых устройств.

Высота прокладки тросового молниеотвода зависит от длины и высоты здания, конструкции заземлителя и удельного сопротивления грунта, может составлять 3-4 м. Для монтажа троса рекомендуется укреплять деревянные опоры на обоих коньках здания, а между ними натягивать тросовый громоотвод, если речь идет о коньковых крышах.

Конструктивные особенности сеточных громоотводов позволяют крепить такие устройства значительно ниже. В зависимости от шага сетки они могут быть расположены в десятке или нескольких десятках сантиметров от плоской кровли. Сетка с ячейками 6Х6 см может быть уложена непосредственно на поверхность крыши или даже под слой утеплителя, если он не горюч.

Токоотвод и заземлитель

Токопровод (токоотвод) это не менее важный элемент молниеотвода, чем молниеприемник или заземляющее устройство. Если молниеприемник должен иметь площадь поперечного сечения, равную 100 мм 2 (пруток диаметром 12 мм), токоотвод, не испытывающий термической и ударной нагрузки, не может иметь диаметр менее 6 мм (ПУЭ).

Увеличенное сечение токоотвода, принимая во внимание возможную величину протекающего по нему тока, только приветствуется.

Заземляющее устройство молниеотвода чаще всего соединяется с заземляющим контуром всего здания. В случае стоящего отдельно устройства молниезащиты в качестве ЗУ используются металлические штыри, забиваемые или закапываемые в грунт.

Для улучшения проводимости иногда эти штыри объединяют в группы, сваривая из них конструкции прямоугольной формы при помощи стальной полосы. Но в любом случае требования ПУЭ регламентируют сопротивление между ЗУ и землей, которое не должно превышать 40 Ом при удельном сопротивлении почвы 1 кОм*м.

Все элементы молниеотвода должны быть надежно защищены от коррозионных разрушений. Наилучший вариант доиться этого состоит в использовании для элементов системы оцинкованной стали.

Зоны защиты

Схема зоны защиты одного отдельно стоящего стержневого молниеотвода представляет собой большой конус. Для громоотводов, не превышающих высоты 150 м, принимаются следующие габаритные размеры устройства:

• для зоны, находящейся на уровне земли h 0 = 0,85h; r 0 = (1,1 – 0,002h)h; r x = (1,1 – 0,002h)(h – h x /0,85);
• для зоны на уровне крыши, например: h 0 = 0,92h; r 0 = 1,5h; r x = h – 1,5(h x /0,92);

где h – высота молниеотвода; h 0 – некоторая высота (обычно уровень крыши); r x – диаметр основания конуса на высоте h 0 .

Определившись с условными габаритами, можно использовать формулу:

h = (r x + 1,63h x)/1,5

для вычисления требуемых параметров. Если, например, известны r x и h x (требуемый радиус зоны защиты и заданная высота этой зоны), можно вычислить высоту одиночного стержневого молниеотвода, требуемую для надежной защиты h.

И, наоборот, при известных h и h x легко вычисляется радиус зоны r x и, сравнивая его с необходимым, делается заключение об эффективности устройства молниезащиты.

Расчет двойного стержня

Примерно те же действия проводят и при расчете двойного стержневого молниеотвода и, в принципе, группы таковых. Здесь лишь нужно учесть расстояние L, на котором штыри находятся друг от друга.

Построив круговые зоны защиты каждого из них, смотрят на их пересечение. Если все защищаемое пространство лежит в их пределах, значит, надежная защита обеспечена. По тому же сценарию можно определить зоны защиты разновысоких устройств.

Зона защиты тросового молниеотвода, точнее, ее основание имеет форму скругленного прямоугольника. Для одиночного устройства этого типа высотой h менее 150 м принимаются следующие допущения:

где h оп – высота опоры.

Тогда для зоны на уровне земли принимаются габариты:

h 0 = 0,85h; r 0 = (1,35 – 0,0025h)h; r x = (1,35 — 0,0025h)(h — h x /0,85).

Для зоны, находящейся на некоторой высоте h x , эти размеры задаются следующим образом:

h 0 = 0,92h; r 0 = 1,7h; r x = (h — h x /0,92).

Как и в случае со стержневым молниеотводом, тросовое устройство также имеет формулу, позволяющую определить любые его параметры по заданным, а именно:

h = (r x + 1,85h x)/1,7.

С ее помощью можно определить необходимую высоту устройства, по известным параметрам площади, нуждающейся в защите, и ее высоте расположения или провести обратную процедуру.

На самом деле, расчет зон защиты молниеотводных устройств немного сложнее. Описанные методы показывают лишь принципы, на которых он строится. Более подробную информацию можно без труда найти в специальной литературе.