Молниеотвод — надежная защита от молний

Если провести опрос среди владельцев частных домов по наличию защиты их строений от ударов молний, то 90% опрошенных дадут отрицательный ответ. Люди всего-навсего не знают последствий попадания молнии или надеются избежать такой ситуации. Опасность молнии заключается в том, что появление ее тяжело предугадать.

Выделяют следующие поражающие факторы попадания молнии:

  • Первичные
  • Вторичные

Первичный фактор состоит в том, что в последствие прямого удара молнии возникает пожар и разрушения. Суть вторичного фактора попадания молнии заключается в следующем:

  • Занос наведенного потенциала
  • Возникновение во внутренней сети источников потребления электростатической и электромагнитной индукции

Опасность электростатической индукции состоит в том, что разряд может быть наведен на рядом расположенные предметы, которые заземлены. Появление же электромагнитной индукции возможно только в том отрезке времени, в котором есть сам разряд молнии, который и провоцирует электродвижущую силу различной величины в предметах из металла. Разряды электричества могут возникать в местах близкого расположения контуров друг к другу. Два этих вида индукции могут привести к травматизму и вызвать возникновение пожарной ситуации. Во время непосредственного попадания молнии в металлические сооружения коммуникационного назначения — это газо- и водопроводы, провода и так далее — может случиться занос наведенного потенциала, в результате которого возникает искрение с последующим отключением радиоэлектронного оборудования.

Сетка До момента создания молниеотвода, а это около 200 лет назад, постоянный звон во время грозы в колокол считался единственной возможностью избежать удара молнией. Такие предпринятые меры привели к множественным разрушениям колокольней, а также к гибели самих звонарей. В настоящее время данные по человеческим жертвам со смертельным исходом от ударов молний также вызывают тревогу. Например, только в США ежегодно погибают 100 и более человек.

Американец Бенджамин Франклин придумал при помощи громоотводов способ нейтрализации попаданий молний. Франклин только семь лет изучал электричество. Молниеотвод стал результатом этого увлечения. За весь остальной период своей разнообразной деятельности он создал карту такого значимого течения как Гольфстрим, выдумал для старческой дальнозоркости двойные очки, а также уличные фонари, сконструировал экономичную печку. Он вложил немало усилий за распространение практики установления молниеотводов.

Нормы

В настоящее время монтаж системы защиты от ударов молний является при строительстве неотъемлемой процедурой. Существует ряд документов (стандарты, инструкции, ГОСТы и т. п.), которые регламентируют установку и конструкцию молниеотводов на зданиях.

Ряд украинских документов претерпели изменения под влиянием стандартов международного уровня, в которые был внесен ряд корректив. Но сама инструкция, к которой прибегают во время проведения работ, осталась без изменений и продолжает действовать на украинской территории.

Хотя сама инструкция еще допускает самостоятельное обеспечение владельца дома защитой от молний (и даже для ряда местностей такая система является не обязательной), но все же рекомендуется относиться к этому вопросу со всей внимательностью и тщательностью. По нормам необходимость обязательного монтажа системы защиты от молний возникает при условии возникновения 20 и более гроз на конкретной местности. Хотя специалисты могут определить вероятное количество попадания молний в объект, полученное из данных по количеству гроз для данной местности и размеров сооружений, но на практике попадаются зоны с аномалиями геологического или другого происхождения. В эти местности молнии тянет как магнитом. Поэтому провести данные расчеты бывает довольно затруднительно.

Внешняя защита от молний

Рассмотрим сам молниеотвод и его типы, а также причину попадания в редких случаях молний не в него.

Молниеотвод состоит из следующих главных частей: приемник молний, токоотвод, заземлитель. Приемник молний принимает непосредственно от молнии разряд. Токоотвод направляет заряд, который принял, в землю. Заземлитель отдает его земле. Молниеприемник — это стержневой штырь из металла, который натянут параллельно коньку крыши троса из металла или арматурной сетки с шагом ячеек 6–12 метров. Молниеприемник необходимо смонтировать на такой высоте, которая бы обеспечивала защиту выбранных объектов зоны с максимальной площадью.

Как правило, в качестве защиты от молний используют молниеприемники сетчатого или тросового типа, так как строить мачты дорого. Для зданий, которые имеют кровлю не из металла, допускается строительство защиты от молний по упрощённой схеме.

В линиях во время грозовых разрядов могут появляться короткие импульсы больших энергий (продолжительностью от 1 микросекунды до 700 микросекунд и более). Они характеризуются напряжением от сотен вольт до десятков киловольт. Коттеджные поселки имеют длинные линии электропередач с импульсом напряжения до 6000 В и с силой тока 3000 А. Линии, которые находятся внутри сооружений, имеют импульсы напряжений до 6000 В, а силу тока — до 500 А. Первостепенным каналом, в который попадает импульс энергии от грозы в цепи питания, является индуктивный канал. Он получается самим проводящим стволом молнии.

Импульс, который угодил в цепь питания, выходит на части, а также внутренние схемы оборудования. Это провоцирует выход устройств из строя.

Грозоразрядники в данном случае являются самыми несложными инструментами защиты, которые в состоянии ограничить напряжение в диапазоне 10–30 кВ до 20–30 В. Но они имеют один недостаток — скорость реагирования очень низкая. Скорость срабатывания у металлооксидных варисторов выше. Однако у них размер остаточного напряжения может быть больше допустимого значения. Наиболее быстрыми инструментами защиты являются TVS- диоды. Однако 200, А — это максимальное значение тока, которое может пропускать через себя этот вид защиты.

Примеры использования несложных вариантов защиты от попаданий молний

Если от сооружения в радиусе 3 — 10 метров находятся деревья, которые в несколько раз превышают высоту самого сооружения с учетом дымоходов, телевизионных антенн и т. д., то на самом близкорасположенном дереве по его стволу проводят токоотвод. Не менее чем на 0,2 метра верхний конец токоотвода должен возвышаться над кроной дерева. Он прикрепляется к заземлителю у основания самого дерева.

При условии соответствия конька крыши предельной высоте строения над ним устанавливают молниеприемник тросового типа. Он должен возвышаться как минимум на высоту в 0,25 метра от самого конька. Планки из дерева, которые необходимо прикрепить на стенах сооружения, будут выступать в качестве опоры молниеприемника. По двум торцевым стенам проводят токоотводы. Затем их прикрепляют к заземлителям. Заземлитель и токоотвод прокладывают только с одной стороны при условии, если длина сооружения составляет 10 метров.

Если труба для дыма возвышается над уровнем всех частей крыши, то над ней монтируют молниеприемник стержневого типа. Высота над уровнем трубы должна составлять как минимум 0,2 метра. По крыше и стенам прокладывают токоотвод. Затем его прикрепляют к заземлителю.

Молниеотвод

Если крыша исполнена из металла, то ее хотя бы в одной точке прикрепляют к заземлителю. Водостоки, лестницы из металла и т. п.выполняют функцию токоотводов. Все предметы из металла, которые выступают над крышей, крепятся к ней.

В других вариантах используют токоотводы и молниеприемники, которые имеют диаметр от 6 мм. В роли заземлителя выступает горизонтальный или вертикальный электрод, который имеет длину от 2 до 3 метров с диаметром от 10 мм. Он укладывается как минимум на глубине 0,5 метра. Сварные и болтовые соединения частей молниеотводов также можно использовать. В зону защиты молниеотвода попадает пространство, в котором сооружения не подвергаются ударам молний с высокой степенью надежности. Есть мнение, что крыша, которая покрыта кровельным материалом из металла, дает возможность не беспокоиться о защите от молний. Однако это ошибочное мнение. Крыша из металла может выполнять функцию молниеприемника. Ее также нужно заземлять и проводить токоотводы. Но от сильной молнии этот вид защиты не убережет по причине того, что толщина кровельного материала должна быть не менее 4 мм.

Если материал имеет толщину меньше указанной цифры, молния прожигает ее без особого труда. Кровельный материал, как правило, редко имеет требуемую толщину. При наличии на крыше металлических деталей, которые выступают, их также необходимо оборудовать защитой от молний.

Рассмотрим крышу, которая покрыта черепицей из металла. В данном случае большое значение имеет вариант ее прикрепления к стропилам. Крыша может выполнять функцию молниеприемника при условии, если между стыкуемыми листами есть электрическая связь. Но более безопасно будет обеспечить крышу молниеприемником тросового или стержневого вида. Заземление сделать как при обычной кровле из металла. Можно использовать также «физические» молниеприемники. Столб воздуха, который ионизируется искусственным способом при подаче напряжения, служит отличным молниеприемником.

Первоначально работа этого вида устройства основывалась на использовании радиоактивного изотопа. В настоящее время они функционируют при помощи электроники. Неоспоримым плюсом данного вида приемника является его способность оставлять неизменной архитектуру здания. Необходимо также помнить о том, что высотные строения (к примеру, вышки для мобильной связи) притягивают в место, где они установлены, большое количество молний, поэтому необходимо основательно позаботиться о защите своего дома, если он расположен в такой местности. В российских нормативных документах (в отличие от международных норм) есть существенные пробелы. Речь идет об автономном заземлении молниеотвода.

В отечественных ПУЭ отсутствуют предписания по этому вопросу. Это может вызвать поражения от вторичных поражающих факторов молниеотвода. Под вторичным проявлением молнии понимают потенциал, который наведен на части сооружений или оборудования в незамкнутых контурах из металла. Вызван он разрядом молнии вблизи. Это может спровоцировать искрение внутри защищаемого сооружения.

Рассмотрим причины появления такого рода случаев. Все сооружения в зависимости от их назначения имеют различную защиту от молний. Есть 4 категории защиты объектов. Первая и вторая категории характеризуются высоким уровнем защиты. В сооружениях, которые имеют эти категории, лежат на хранении или подвергаются переработке взрывчатые вещества. Все остальные виды сооружений, в том числе и жилые дома, имеют третью и четвертую категорию. В первых двух категориях защита установлена и от вторичных поражающих факторов молнии, в третьей и четвертой категории эта защита устанавливается по умолчанию.

Заземление

При защите первое место отводится заземлению. Если следовать инструкции, то в ней сказано, что заземлять отводы молний следует на арматуру самого фундамента здания. В случае отсутствия такой возможности необходимо в землю заглубить штыри-электроды до уровня влажных слоев почвы. На скальных грунтах такая возможность отсутствует. К тому же почвы имеют различное удельное сопротивление. Следует провести необходимые расчеты для установления числа и поперечного сечения электродов и определить уровень их залегания в слоях почвы. Если рассматривать скальный грунт, то он характеризуется высоким удельным сопротивлением. Поэтому сделать заземление на таких видах грунта проблематично.

В данной ситуации специалисты советуют обратить внимание на систему для выравнивания потенциалов — это избавит от возможных искрений и неприятностей другого вида. При расчете возможных и неопасных расстояний между защищаемым сооружением и отводом молнии важно удельное сопротивление. Так называемое шаговое напряжение может быть существенным и даже опасным для жизни. Поэтому настоятельно рекомендуется не располагаться ближе 5 метров от заземлителя молниеотвода. В противном случае вы можете оказаться в зоне воздействия шагового напряжения.

На данный момент сложились определенные требования к размеру сечений элементов защиты от молний (сечение у электродов должно быть не менее 50 мм², не менее 4 мм должна быть толщина стенок труб, профильной стали и полос). От коррозии защитит медь или оцинкованная сталь. Не разрешено красить или покрывать битумом заземляющие электроды. Уровень заглубления также имеет значение. В летний период верхний слой почвы довольно часто пересыхает. Это увеличивает сопротивление заземлителя. Итак, зная определенные данные и расчеты, можно самостоятельно соорудить устройство для защиты от молний. Но в каждом определенном случае безопаснее и надежнее всего делать расчеты с помощью лицензированных специалистов.

Защита от молний внутренняя

Последняя редакция ПУЭ имеет нормы, которые регламентируют подвод к объектам воздушных линий электропередач. Сооружения, к которым подведены линии, имеют первую и вторую категорию защиты с целью гарантированной защиты оборудования внутри объекта. «Внутренней грозозащите» следует отводить особое внимание при условии, если в вашем доме огромное количество электронного оборудования. Зачастую самостоятельно разобраться в особенностях электроники трудно (речь идет об ограничителях напряжений и разрядниках). Только сами ограничители напряжения имеют 4 группы. Каждая группа отвечает за собственную ступень защиты (A, B, C и D). К тому же в нормативной базе есть значительные недоработки.

Заключение

На фоне стоимости строительства всего дома сооружение системы защиты от молний не выглядит такой уж существенной. Особенно в том случае, если ее предусмотрели еще на этапе создания проекта дома (это также позволяет сохранить максимально архитектуру самого дома, а также в технической документации будет внесена вся информация по системе защиты), а затем она была установлена в ходе строительства. К тому же стоит помнить и о данных по сгоревшим домам от удара молний — это 7%. Если же у вас до сих пор нет защиты от молний, не ждите гроз и не надейтесь на случай, ведь дом со всем имуществом стоит намного дороже.