Природа молний такова, что предугадать место и время удара атмосферного электричества практически невозможно. Существует огромное количество теорий о том, что происходит при ударе молнией в землю, но до конца прояснить ситуацию, несмотря на все заверения специалистов, пока не удается.

Как работает молниеотвод

Единственным проверенным средством, помогающим уберечься от удара атмосферного разряда, является молниеотвод. Но нельзя делать конструкцию для защиты от удара молнии, не имея представления, как работает молниеотвод. Вместо эффективной защиты, можно только увеличить вероятность удара молнии. Эффективность простого устройства будет достаточно высока, если владелец дома точно представляет, как сделать молниеотвод в частном доме, чтобы отвести удар молнии и одновременно обезопасить себя от электрического разряда.

Как работает молниеотвод

Что представляет собой система защиты от удара молний

Чаще всего знания о том, как работает молниеотвод, сводятся к нескольким общеизвестным фактам:


  • Молния ударяет во время прохождения грозового фронта над местностью с переменным рельефом или большим количеством деревьев, построек или плотной застройкой зданий и высотных объектов;
  • Металлические предметы, техника и строительное оборудование, вышки и высокие деревья чаще всего становятся объектом удара молнии;
  • Единственной возможностью безопасно компенсировать удар молнии является эффективное заземление молниеотвода.

В модели молнии принято, что электрический разряд начинается в грозовых облаках, и при ударе светящийся лидер направляется к поверхности земли. Принцип работы молниеотвода сводится к тому, чтобы переключить электрический удар на специальную проводную шину, отправляющую заряд молнии глубоко в землю.

Как работает молниеотвод

Сегодня даже школьник знает, из чего состоит молниеотвод фото. Самая простая конструкция защиты от удара молнии строится на основе трех базовых частей:

  • Молниеприемника или оголовника молниеотвода, на который и приходится удар электрического разряда молнии;
  • Токопроводящего контура из толстой стальной шины или нескольких медных проводов большого сечения;
  • Системы заземления удара и рассеивания разряда молнии.

Как работает молниеотвод

Основным условием эффективной защиты от ударов молнии является правильный подбор сечения металла шины, установка молниеотвода на оптимальной высоте и безопасное обустройство заземления. Не стоит обольщаться простотой и даже примитивностью его устройства. При несоблюдении простейших правил стальной каркас и шина молниеотвода могут быть не менее опасными, чем собственно удар молнии.

Что происходит во время грозы и удара молнии

Процесс образования электрического разряда в землю достаточно сложен и плохо предсказуем. Даже современная техника и методы расчета не могут указать на место удара молнии. Поэтому принцип действия молниеотвода строится на так называемой инициализации или провокации разряда молнии.

Как работает молниеотвод

С первыми признаками грозы за счет мощного электрического поля в воздухе над высокими объектами, антеннами и оголовками молниеотводов резко увеличивается количество положительных зарядов. Еще нет грозы и ударов молнии, а над верхушками уже скопились огромные облака из заряженных ионов. Источником стекающих вверх зарядов является поверхность земли.

Любой человек может даже почувствовать запах этих зарядов, всем известно, как перед грозой усиливается влажность, выразительнее становятся запахи растительности и сырой земли. Если коснуться своими руками молниеотвода, то можно испытать небольшой удар током.

Так как молниеотвод соединен с грунтом, то вокруг оголовка и шины молниеотвода скапливается самый большой потенциал зарядов, поэтому удар молнии приходится именно в металлические части защиты, а не в крышу или соседний дом.


Как работает молниеотвод

В некоторых случаях молниеотводы и шины дополнительно оборудуют грозовыми разрядниками или вентильной защитой. По сути, это контур, согнутый из шины в виде кольца или эллипса с разрывом. По мере увеличения напряженности поля накопившийся заряд разряжается на контуре, тем самым уменьшает вероятность удара молнии именно в этот объект. В первую очередь подобными молниеотводами с вентильной защитой оборудуются объекты, для которых удары молнии могут привести к катастрофическим последствиям, например, хранилища топлива, трансформаторные подстанции или линии электропередач

Как работает молниеотвод

Как построить безопасный молниеотвод своими руками

В том, что система защиты от удара молнии может представлять огромную опасность для жизни человека, электронных приборов, систем электроснабжения и даже для просто находящихся рядом людей и животных, нет ни капли преувеличения.

Как работает молниеотвод

Какую опасность представляет неправильно построенный молниеотвод


Во время удара молнии в оголовок приходит электрический заряд 150-200 Кл или несколько сот киловатт электроэнергии. Этого достаточно, чтобы пережечь стальную шину защиты сечением в 100-150 мм2 или зажечь стропильный каркас крыши, испарить 200-250 литров воды. После удара молнии пришедшие заряды в молниеотводе никуда не деваются, на какую-то тысячную долю секунды система защиты работает, как гигантский конденсатор.

Как работает молниеотвод

Если заземление молниеотвода построено правильно, то практически вся энергия заряда молнии стекает в поверхностный слой грунта. Процесс стекания заряда очень сложен, и точно сказать, как именно будут двигаться заряды от оголовника до заземляющей части молниеотвода, практически невозможно. Если токопроводящая шина обладает повышенным сопротивлением движению зарядов, то часть энергии может разрядиться на проходящую рядом электропроводку, телефонные линии, металлические детали крыши и каркаса здания.

Как работает молниеотвод

Электричество может пройти даже по арматуре железобетона или мокрой штукатурке. В результате удара молнии может произойти скачок напряжения в электросети, возгорание деревянных или пластиковых деталей здания. Если в момент электроразряда произойдет перегорание шины, то ток пойдет в землю по всем ближайшим проводящим поверхностям, даже если нет непосредственного контакта с заземляющим проводником.


Как работает молниеотвод

Еще более тяжелые последствия могут наступить, если рядом с шиной и металлом заземления находится человек. Даже если шина и заземляющая часть молниеотвода исправны, часть заряда молнии разряжается через влажный воздух и ближайшие проводящие детали. Последствия для человека могут быть такими же, как если бы он стоял под деревом, в которое пришелся удар молнии.

Кроме того, в момент распространения разряда в грунте на доли секунды возникает шаговое напряжение, представляющее не меньшую опасность, чем собственно сам электрический разряд. Поэтому пешеход, двигаясь по дорожке в непосредственной близости к контуру заземления, имеет все шансы получить сильнейший электрический разряд. Статистика знает случаи, когда во время удара молнии боковой разряд перескакивал с шины на металлические детали зонтика.

Требования к обустройству эффективного заземления молниеотвода

Суть шагового напряжения сводится к следующему. Стекающий по шине заряд от молниеотвода к заземлителю входит в грунт практически в одной точке, в которой создается самый высокий электрический потенциал, по мере удаления величина электрического напряжения сильно уменьшается. Человек, делая шаг вблизи шины, попадает в ситуацию, когда каждая нога находится под своим потенциалом. В результате от одной ступни к другой начинает течь ток, и человек получает сильнейший удар.

Как работает молниеотвод

Поэтому первое требование эффективного молниеотвода относится к обустройству заземляющей части. Рассеивающий контур должен строиться по следующим правилам:


  • Конструкция заземления выполняется в виде замкнутого контура сечением не менее 4х4 см, чаще всего треугольной или прямоугольной формы с длиной стороны 1,5-2 м;
  • Контур приваривают к токоведущей шине только с помощью сварки. Если шина изготовлена из меди или алюминия, то на высоте не менее 30-40 см над уровнем грунта необходимо установить переходник «медь-сталь» или «алюминий-сталь»;
  • Глубина погружения контура составляет от 70 до 100 см, в зависимости от влажности и сопротивления грунта.

Оголовок молниеотвода

Более распространенные типы молниеотводов изображены на схемах, приведенных ниже. Идеальный вариант молниеотвода в частном доме должен изготавливаться в виде отдельно стоящей вышки или штанги, высотой равной полуторному расстоянию от грунта до конька жилого помещения.

Как работает молниеотвод

Чем выше установлен молниеотвод, тем большую площадь поверхности он обеспечивает защитой от поражения электрическим разрядом. Но на практике редко кто решается сделать такой молниеотвод в частном доме своими руками, так как бытует заблуждение, что штанга выше 12 м будет «собирать» все удары молний в округе.


Как работает молниеотвод

Большинство специалистов рекомендует поднимать молниеотвод на высоту до 18-20 м, особенно если здание находится в плотной застройке частного сектора. Это обеспечит защищаемую площадь в виде круга радиусом 15-20 м, что для одного домовладения вполне достаточно.

Кроме штанги, широко используются виды молниеотводов, устанавливаемые на коньковую балку или трубу дымохода, с дополнительной разводкой медной шиной по коньку и слуховым окнам. Такая схема защиты от ударов молнии бывает достаточно эффективной, особенно если в качестве кровельного покрытия крыши используется металлочерепица или профнастил.

Как работает молниеотвод

Диаметр штыря молниеотвода может быть от 15 до 25 мм, лучше всего использовать нержавеющую сталь или легированный металл. Для оголовка нет смысла использовать латунь, медь, алюминий. При ударе молнии возникает локальный перегрев металла молниеотвода, иногда с искрами и разбрызгиванием капелек металла. Любая такая капля может стать инициатором стекания заряда на металлическую кровлю или, еще хуже, привести к пожару.

Если на крыше установлены несколько выступающих труб и конструкций, то нужно будет устанавливать несколько стержней молниеотводов, или использовать универсальную систему защиты от ударов молний.

Токопроводящая шина молниеотвода


В задачу проводной шины входят не только функции «сброса» электрического заряда к заземляющему и рассеивающему контуру. Прежде всего, требуется вывести шине электрический разряд безопасно для постройки и людей, случайно оказавшихся рядом с домом.

Специалисты определяют несколько базовых требований к прокладке токопроводящей шины:

  • Укладка шины выполняется без загибов под острым углом и тем более поворотов под углом 180о. Любые петли и витки в спуске могут привести к возникновению мощного дугового разряда и перегоранию шины. В этом случае следующий удар молнии в молниеотвод может уничтожить крышу и само здание;
  • Шина должна соединяться с заземлением и оголовком молниеотвода только сваркой, без использования любых болтовых соединений, хомутов и стяжек. Даже незначительное повышение местного сопротивления шины приводит к ее локальному перегреву и оплавлению. Особенно опасна ситуация, когда токоведущая шина сваривается из нескольких лент разнородного материала;
  • Крепление токопровода по возможности должно выполняться с использованием петель и хомутов из диэлектрических материалов, например, стеклопластика. Исключением является ситуация, когда медные шины «разводятся» по поверхности металлической кровли.


Как работает молниеотвод

Для токопроводящей шины обычно используют ленты из черного металла или меди. Наилучшим вариантом считается медная электротехническая шина диаметром не менее 8 мм, она выдержит любой удар молнии. Можно изготовить токоведущую линию из толстой алюминиевой катанки, диаметром не менее 12 мм. Например, использовать элементы насыпной обмотки мощного электродвигателя.

Немаловажным является также способ крепления шины и деталей молниеотвода.

Типовые конструкции молниеотводов

Для защиты частного дома используется несколько видов молниеотводов, используемых при построении комплексной грозовой защиты.

Типовая схема такой защиты приведена на рисунке. В состав защиты входят:

  • Несколько приемных оголовков-штырей молниеотводов, рассредоточенных на наиболее уязвимых точках кровли;
  • Разводка токопроводящей шиной по коньковой балке, ветровым планкам и скатам кровли. Как показывает практика, молния нередко поражает массивные металлические поверхности, находящиеся ниже молниеотвода;
  • Система комплексного заземления, при этом контур от молниеотвода не должен соединяться с заземляющей линией электропроводки, в противном случае сгорит большая часть домашней техники;
  • Устройство для защиты домашней аппаратуры и электросети при ударе молнии в линию электропередач.

Нередко токопроводящая шина становится источником проблем для домашней электросети. Во время удара молнии по шине протекает мощный импульс тока, способный вывести из строя цифровую технику, мобильный телефон, компьютер или сетевое оборудование интернета.


Как работает молниеотвод

Поэтому перед тем как сделать молниеотвод, будущую линию укладки шины нужно обязательно экранировать. Для этого используется металлическая сетка с ячейкой не более 5 мм. Если шину молниеотвода предполагается уложить по бетонной или кирпичной стене, то сетку укладывают под штукатурку, и изолируют от шины. К экранирующей сетке припаивается провод, который подключается через вентильную защиту к общей системе заземления, но не к контуру молниеотвода.

Как работает молниеотвод

Варианты построения защиты от удара молнии

Установка мачты с молниеотводом позволяет защищать большую часть придомовой территории. Для загородных дачных участков схема защиты от удара молнии не решает всех проблем. Особенно если учесть, что расстояние между постройками может составлять 40-50 м, высота защитной мачты в этом случае должна достигать нереальных 40-60 м. Поэтому все загородные постройки в обязательном порядке приходится оборудовать своими молниеотводами и системами защиты от ударов молнии.

Простейшая схема молниеотвода приведена на следующем рисунке.

Как работает молниеотвод

Штырь или оголовок молниеотвода устанавливают на кирпичную трубу. Общая высота молниеотвода в верхней точке должна равняться величине диагонали коробки дома, умноженной на коэффициент 1,2.

Заземляющую шину пропускают по ветровой планке и «слепому» ребру здания. Если есть возможность, то шину лучше всего пустить в навесном варианте без крепления к коробке дома.

Для построек удлиненной формы приходится использовать защиту от удара молнией из нескольких штырей или устанавливать проволочный вариант молниеотвода, как на фото.

Как работает молниеотвод

В этом случае молниеотводы устанавливаются только на фронтонах, а между ними натягивается толстая стальная проволока или трос, диаметром не менее 8 мм. Чтобы ветер не раскачивал систему молниеотвода, провод натягивают с помощью двух боковых подвесов из керамических изоляторов и пластиковых шнуров. Использование изоляторов обеспечивает правильную работу молниеотвода, без них электрический заряд от удара молнии способен стекать на землю по намокшему от дождя капроновому канату.

Третий вариант молниеотвода применяется для защиты кровельного покрытия крыши от прямого попадания молнии. Зачастую длина скатов крыши может превышать высоту дома в два и более раз, поэтому часть кровельного покрытия оказывается за пределами защищаемого круга. Если устанавливать дополнительные штыри по карнизу и на свесах, то это решит проблему, но серьезно повлияет на внешний вид здания, поэтому вместо штыревого молниеотвода устанавливают сетчатый.

Схема мало чем отличается от предыдущего варианта, в дополнение к тросу и стальным стержням на скатах закрепляют с шагом 4-6 м несколько горизонтальных и вертикальных ниток толстой многожильной проволоки. Если кровля изготовлена из металла, сетку молниеотвода нужно обязательно изолировать от металлической поверхности с помощью резиновых прокладок.

При ударе молнии диаметр пятна теплового поражения достигает 15-20 см, поэтому прямое попадание лидера, например, в металлочерепицу приведет к воспламенению обрешетки и гидроизоляции крыши.

Строим своими руками

Любое строительство грозовой защиты дома начинается с наиболее трудоемкой его части – с заземляющего контура. Схема постройки заземляющей части молниеотвода приведена ниже на чертеже.

Как работает молниеотвод

Заземление удара молнии

Первоначально потребуется уточнить уровень грунтовых вод около фундамента дома. Если в здании есть погреб или подвальное помещение, регулярно затапливаемое водой, первоначально нужно будет сделать дренаж и защиту от влаги со стороны укладки металлического контура и шины.

Для плитных фундаментов и МЗЛФ котлован под заземляющий контур можно сделать в непосредственной близости к бетонной ленте или плите. В других случаях место под траншеи нужно перенести на 2-3 м от отмостки.

Как работает молниеотвод

На первом этапе роем треугольную траншею с длиной стороны 300 см. Ширина траншеи не имеет значения, оптимальная глубина составляет 70-90 см. Для каменистых и песчаных грунтов траншею можно углубить по максимуму, для суглинка достаточно 70 см. Иногда под укладку деталей заземления отсыпают подушку из песка и отсева. Такой подслой хорошо впитывает воду из грунта, что обеспечивает малое сопротивление контура.

Как работает молниеотвод

Металлический контур заземления должен изготавливаться в виде замкнутой рамы, такая конструкция обеспечивает наилучшее рассеивание заряда. Если на доме установлено три-четыре штыревых молниеотвода, каждый с заземляющей шиной, все токоведущие детали необходимо соединить одним контуром с помощью стальной ленты. Это позволяет выровнять потенциал и предупредить перетекание заряда в грунте.

Как работает молниеотвод

Наиболее подходящий материал для контура – стальной уголок №50 или профилированная квадратная труба 70х40 мм. После сварки основных деталей рамы к одной из сторон приваривается контактная полоса, которая будет выводиться на поверхность. Если грунт слишком сухой, вместо полосы можно приварить дюймовую трубу, через которую удобно заливать рассол или воду. В летние месяцы, если нет дождей более 4-5 недель, нужно периодически увлажнять песчаную подушку, чтобы сопротивление грунта на входе на шину не увеличивалось.

Как работает молниеотвод

После установки каркаса в вырытую траншею металл проливают соленой водой и засыпают влажной землей. На поверхности можно сделать отсыпку из щебня и уложить тротуарную плитку, чтобы уменьшить гальваническую связь и риск появления шагового напряжения. Делать бетонную стяжку нет смысла, так как через 10 лет придется сделать замену частей молниеотвода, и бетон будет лишней помехой в работе.

Если уровень грунтовых вод достаточно низкий, то для контура молниеотвода потребуется пробурить несколько скважин диаметром 5-6 см на глубину до 2-3 м. Не обязательно бурить до воды, главное — достать до влажных слоев земли. В скважины вставляют металлические трубы, верхние части которых обязательно приваривают к общему контуру и к шине.

Отвод от контура заземления, как правило, прячут в стеновой нише цоколя или специальном боксе. Туда же заводят шину молниеотвода. После сборки все металлические части тщательно изолируют, чтобы избежать случайного касания шины со стороны людей или животных.

Наиболее подробное описание строительства молниеотвода в частном доме своими руками приведено на видео https://www.youtube.com/watch?v=0K6SNX1avXA.   

Выполняем монтаж штыревого приемника и шины

Самая простая конструкция оголовка молниеотвода выглядит, как обычный кусок арматуры с заостренным кверху концом. Считается, что острые края способствуют возникновению разряда и большей эффективности молниеотвода, но на практике особых преимуществ в защите от удара молнии перед обычными штырями не наблюдалось.

Оголовок молниеотвода может выполняться в виде нескольких штырей, закрепленных в одной раме и даже в виде сетчатого каркаса. Некоторые конструкции молниеотводов позволяют в ночное время наблюдать интересное явление – при приближении грозы на остриях начинают зажигаться крошечные разряды молний. Это означает, что скоро будет гроза.

Как работает молниеотвод

Штырь молниеотвода нужно соединить с токоведущей шиной еще до его установки на крыше. Высота стержня молниеотвода должна быть как минимум на 100-120 см выше верхней точки рядом стоящих дымоходов и вентиляционных труб. Можно взять обычную водопроводную трубу ¾ дюйма, длиной не менее двух метров.

В верхней части молниеотвода отверстие заваривается сваркой, если токоотводящая шина планируется из меди или алюминия, то проще всего использовать электротехнический переходник, позволяющий надежно соединять два контакта из разнородных металлов. Если просто закрепить медную проволоку на стальном штыре, через две-три недели из-за электрохимической коррозии место крепления окислится, и защита от ударов молнии перестанет работать. Молниеотводы и шины промышленного изготовления никогда не красят, металл фосфатируется и покрывается слоем никеля.

Как работает молниеотвод

Разумеется, увеличенное сопротивление на контакте в месте крепления медной шины к стальной трубе не в состоянии остановить сверхсильный удар молнии, но речь идет о другом. Положительно заряженные частицы, которые скапливаются вокруг штыря молниеотвода во время грозы, из-за отсутствия контакта на шине будут перетекать на дымоход и козырьки вентиляции на крыше. В результате удары молнии будут попадать в дымоход, в кровлю и в шину, но не в штырь молниеотвода. Эффект ионизации воздуха вокруг молниеотвода имеет и другие негативные последствия. Прежде всего, шина и крепление молниеотвода под воздействием ионов и влажного воздуха корродирует в 5-10 раз быстрее, чем обычный металл.

После сварки штыря и шины молниеотвода их следует закрепить на крыше. Лучше всего это сделать с помощью хомутов или анкерными болтами. Нужно только следить, чтобы рядом с шиной не оказалось других проводящих деталей, например, кабеля от антенны или ограждения крыши. Не стоит крепить шину молниеотвода на неоштукатуренный кирпич или железобетонную плиту. Удар молнии, как правило, быстро разрушает оба материала.

Как работает молниеотвод

Прежде чем закрепить молниеприемник, нужно установить шину на стены и крышу дома. Главное, чтобы рядом не оказался ввод электросети от ближайшей линии электропередачи. При ударе молнии дуга может проскочить от шины к фазовому проводу, даже если они удалены друг от друга на пару десятков сантиметров. Кроме сгоревшего счетчика и вводного щита, будет крупный штраф за неправильную установку молниеотвода и шины.

Источник: bouw.ru

Устройство и принцип работы типового громоотвода

Устройство громоотвода
Рисунок 1: устройство громоотвода

Вся конструкция громоотвода представлена тремя элементами: молниеприемником, токоотводом и заземлителем. В зависимости от местных условий и ваших предпочтений каждый из них может иметь различное исполнение. Теперь разберем, зачем каждый из них нужен, и какой вариант выбрать в той или иной ситуации.

Молниеприемник

Из самого названия данного элемента происходит его назначение, по факту он выполняет роль электрода, принимающего электрический разряд молнии. Основной критерий для него – хорошая проводимость и термическая устойчивость, так как величина тока может достигать 100 – 200 кА, которая запросто пережжет тонкие проводники. В качестве молниеприемника могут устанавливаться:

  • стержневые конструкции;
  • решетка;
  • трос;
  • сама поверхность крыши.

Стержневые молниеприемники могут устанавливаться как непосредственно на самой крыше, так и на специальной металлической мачте. При этом их высота должна обеспечивать необходимую зону защиты для всех конструкций постройки.  Поэтому такой молниеприемник актуален для зданий с небольшой площадью и высотой.

Стержневой молниеприемник
Рис. 2: стержневой молниеприемник

Такие стержневые устройства могут быть медными, алюминиевыми или стальными. Первые два обладают хорошей устойчивостью к коррозионному разрушению, благодаря чему такой громоотвод практически не теряет проводимости и сечения даже при длительной эксплуатации. Металлический штырь из стали, в отличии от двух предыдущих, куда менее подвержен оплавлению от протекания больших токов, из-за чего он куда лучше подходит для местности с частыми ударами молнии.

Сетчатый молниеприемник
Рис. 3: сетчатый молниеприемник

Решетка в качестве молниеприемника используется для большой площади, к примеру, многоэтажных домов или торговых центров. В отличии от предыдущего варианта, она не влияет на дизайн постройки, поэтому может применяться в любых современных экстерьерах. Такой громоотвод должен иметь заданное сечение и размер ячеек, как правило, выбирается  арматура не менее  6 мм2. Ее монтаж выполняется на безопасном расстоянии от крыши (не менее 15 см) через термоизолирующие несущие конструкции.

Тросовый молниеприемник
Рис 4: тросовый молниеприемник

Тросовый громоотвод представляет собой гибкий провод, который растягивается над защищаемой территорией или постройкой. Позволяет защитить длинный участок при меньших затратах материалов на громоотвод. Выполняется как на отдельно стоящих опорах, так и на крыше дачной постройки. В первом случае опоры устанавливаются в начале и конце участка, а во втором, в начале и конце крыши.

Если в качестве кровельного материала применяются токопроводящие варианты (профнастил, металлочерепица и прочие), их можно использовать в качестве молниеприемника для громоотвода. Но при этом должны соблюдаться такие условия:

  • толщина металлического слоя не менее 4 мм для стали, 5 мм для меди или 7 мм для алюминия;
  • под кровельным материалом отсутствуют легко воспламеняющиеся материалы (утеплители, стропила и т.д.);
  • снаружи металл не покрыт диэлектрическим материалом.

Изготовление  громоотвода из металлической кровли позволяет сэкономить средства на молниеприемнике.

Токоотвод

Представляет собой проводник, отводящий электрический ток от молниеприемника к заземлителю. Может выполняться из металлической проволоки или шины.  Должен иметь сечение не менее 16 мм2, если изготовлен из меди, 25 мм2 из алюминия, 50 мм2 из стали. К токоотводу предъявляются такие требования:

  • Должен изолироваться от стен и других конструкций дома;
  • Для него выбирается наикратчайший путь протекания тока;
  • Отсутствие изгибов и витков, на которых может произойти пробой воздушного промежутка;
  • Достаточная проводимость в местах электрических соединений.

При необходимости токоотвод изолируется от поверхности дома при помощи кабельного канала или любым другим способом. Особенно актуальна такая процедура для зданий с токопроводящей отделкой или горючей поверхностью.

Заземлитель

Изготавливается в виде заземляющего контура, который закапывается в грунт. В качестве материала применяются стальные или медные элементы, которые закапываются в землю. Формируется из арматуры или шины, требования к которым устанавливаются п.1.7.111 ПУЭ и приведены в Таблице 1

Таблица 1

Материал Профиль сечения Диаметр,
мм
Площадь поперечного сечения, мм Толщина
стенки, мм
Сталь Круглый:
черная для вертикальных заземлителей; 16
для горизонтальных заземлителей 10
Прямоугольный 100 4
Угловой 100 4
Трубный 32 3,5
Сталь Круглый:
оцинкованная для вертикальных заземлителей; 12
для горизонтальных заземлителей 10
Прямоугольный 75 3
Трубный 25 2
Медь Круглый: 12
Прямоугольный 50 2
Трубный 20 2
Канат многопроволочный 1,8* 35

Все детали заземляющего контура могут как закольцовываться и формировать замкнутую цепь,  так и выстраиваться в сплошную линию. Разумеется, что замкнутый вариант считается более надежным. Размеры контура подбираются в зависимости от местных условий.

Пример установки заземлителя
Рис. 5: пример установки заземлителя

Основное требование к заземляющему контуру – обеспечение установленной величины переходного сопротивления металл – земля, поэтому его лучше располагать в влажном слое, периодически поливать водой или обрабатывать материалами, уменьшающими переходное сопротивление и увеличивающими площадь тока растекания (древесный уголь и соль). Согласно п.1.7.103 ПУЭ сопротивление должно быть не более 5, 10 и 20 Ом для сетей с фазным напряжением 380, 220 и 127 В соответственно.

Расположение заземлителя делается не ближе 1 м от стен и 8 м от пешеходных дорожек. Так как в этой точке возникает шаговое напряжение, способное нанести удар током любому, кто находится в радиусе зоны поражения, поэтому приближаться к контуру во время грозы категорически запрещено, как и прикасаться к его токоведущим элементам.

Подготовка

На подготовительном этапе перед монтажом молниезащиты необходимо произвести расчет параметров будущего громоотвода и подобрать все элементы. Это позволит определить, попадут ли постройки в защитную зону и какие параметры необходимо изменить в случае возникновения недочетов.

Расчет защитной зоны

Если устройство молниезащиты предусматривает в качестве приемника решетку или поверхность крыши, то зона защиты будет полностью закрывать постройку. Но для тросовых и стержневых молниеотводов необходимо рассчитывать защитную зону.

зона защиты стержневого молниеотвода
Рис. 6: зона защиты стержневого молниеотвода

Посмотрите на рисунок, зона защиты представляет собой конус в пространстве, где вероятность попадания молнии значительно сокращается.  Для определения параметров этого конуса по отношению к самому громоотводу и зданию производится расчет. Способы расчета зоны громоотвода для каждого типа выполняются на основании СО 153-34.21.122-2003.

Как рассчитать стержневой громотвод?

Параметры зоны защиты стержневого молниеотвода
Рис. 7: параметры зоны защиты стержневого молниеотвода

Посмотрите на рисунок, здесь изображены следующие параметры:

  • h – высота самого громоотвода;
  • h0 – высота зоны защиты громоотвода;
  • hx – высота в определенной точке (устанавливается на уровне крыши здания);
  • r0 – радиус зоны защиты громоотвода на земле;
  • rx – радиус зоны защиты громоотвода в выбранной точке;
  • x и y — расстояние от места установки молниеприемника до контура границы здания.

В зависимости от высоты установки громоотвода и требуемой надежности подбирается формула определения зоны, которую он защищает. Для этого используются данные из таблицы 2

Таблица 2

Надежность защиты Высота молниеотвода h, м Высота конуса h0, м Радиус конуса r0, м
0.9 От 0 до 100 0,85h 1,2h
От 100 до 150 0,85h (1,2-10-3(h-100))h
0,99 От 0 до 30 0,8h 0,8h
От 30 до 100 0,8h (0,8-1,43·10-3(h-30))h
От 100 до 150 (0,8-10-3(h-100))h 0,7h
0,999 От 0 до 30 0,7h 0,6h
От 30 до 100  (0,7-7,14·10-4(h-30))h (0,6-1,43·10-3(h-30))h
От 100 до 150 (0,65-10-3(h-100))h  (0,5-2·10-3(h-100))h

Для определения радиуса зоны громоотвода на определенной высоте используется формула:rx=r0×(h0-hx)/h0

 Как рассчитать тросовый громоотвод?

Зона защиты тросового громоотвода
Рис. 8: зона защиты тросового громоотвода

На рисунке показана принципиальная схема зоны защиты для тросового громоотвода при его небольшой протяженности. При больших расстояниях из-за плохого натяжения в средней точке может возникать провисание, которое немного исказит границы защищаемой громоотводом области.

Параметры зоны защиты тросового молниеотвода
Рис. 9: Параметры зоны защиты тросового молниеотвода

Посмотрите на рисунок, здесь зона громоотвода характеризуется такими параметрами:

  • h – высота самого громоотвода;
  • h0 – высота зоны защиты громоотвода;
  • hx – высота в определенной точке (устанавливается на уровне крыши здания);
  • r0 – радиус зоны защиты громоотвода на земле;
  • rx – радиус зоны защиты громоотвода в выбранной точке;
  • L – длина троса громоотвода.

По величине необходимой надежности, в зависимости от высоты громоотвода, параметры зоны защиты вычисляются по формулам из таблицы 3.

Таблица 3

Надежность защиты Высота молниеотвода h, м Высота конуса h0, м Радиус конуса r0, м
0.9 От 0 до 150 0,87h 1,5h
0,99 От 0 до 30 0,8h 0,95h
От 30 до 100 0,8h (0,95-7,14·10-4(h-30))h
От 100 до 150 0,8h (0,9-10-3(h-100))h
0,999 От 0 до 30 0,75h 0,7h
От 30 до 100  (0,75-4,28·10-4(h-30))h (0,7-1,43·10-3(h-30))h
От 100 до 150 (0,72-10-3(h-100))h  (0,6-10-3(h-100))h

Радиус зоны громоотвода на  высоте здания вычисляется по формуле: rx=r0×(h0-hx)/h0

Выбор материала для громоотвода

В качестве материала для громоотвода принято использовать три варианта: медь, алюминий и сталь. Медные громоотводы характеризуются длительным сроком эксплуатации и отличаются способностью сохранять свои параметры в течении всего периода установки даже на подземных участках. Но главным недостатком медного громоотвода является его высокая стоимость.

Алюминиевый характеризуется куда меньшим весом, поэтому создает незначительную нагрузку на несущие конструкции постройки.  Также имеет хорошую проводимость электрического тока. Но, со временем, подвергается разрушению от атмосферных факторов и легко поддается механической деформации.

Стальные наиболее прочные, они легко выдерживают ветровые нагрузки а элементы такого громоотвода можно соединить сваркой, в отличии от медных и алюминиевых. Также он характеризуется низкой себестоимостью. К недостаткам стального громоотвода является высокое удельное сопротивление и подверженность коррозии.

Место установки

Для установки громоотвода должна выбираться самая высокая точка. Поэтому его размещают на крыше здания, если ее высоты недостаточно для попадания всей постройки в зону защиты,  могут применяться специальные опоры или находящиеся поблизости деревья. Для определения актуального места установки громоотвода на план участка необходимо нанести зону защиты, полученную при расчете.

Зона защиты на плане постройки
Рис. 10: зона защиты на плане постройки

Крыша является наиболее выгодным вариантом, так как пик зоны защиты будет расположен над зданием. Отдельно стоящая опора или несколько позволяют смещать защищаемую громоотводом область в нужную точку участка, и отлично подходит для ситуаций, когда строения рассредоточены на участке. Использование дерева в качестве опоры позволяет сэкономить на приобретении и установке металлической или железобетонной конструкции, но обуславливает ряд сложностей в процессе эксплуатации поэтому считается нежелательным вариантом.

Пошаговая инструкция изготовления громоотвода

Наиболее простыми вариантами для дачного громоотвода является стержневой и тросовый, их вы сможете реализовать своими руками.  Чтобы не допустить ошибок и лишних затрат при монтаже молниеотвода, соблюдайте следующую последовательность.

Стержневого

Для сооружения громоотвода стержневого типа выполните следующие манипуляции:

  • Подготовьте место для установки громоотвода – уберите все лишние предметы и обеспечьте ровную поверхность для фиксации.
  • Установите металлический стержень в узел крепления, который придаст достаточную устойчивость при ветровых нагрузках, и зафиксируйте его болтовым соединением или сваркой.
    Узел крепления
    Рис. 11: узел крепления
  • Закрепите узел с молниеприемником на крыше. Если конструктивные особенности крыши не позволяют сделать это непосредственно на самой поверхности, зафиксируйте узел крепления на фронтоне.
  • Установите на крыше и поверхности стен кронштейны или стальные стержни для фиксации токоотвода.
    Узлы фиксации токоотвода
    Рис. 12: узлы фиксации токоотвода

Расстояние между ними и их высота подбирается таким образом, чтобы проводник не провисал к поверхности крыши и стен.

  • Закрепите токоотвод – в местах крепления он не должен выскальзывать или выпадать из гнезда.
  • Обеспечьте надежный электрический контакт металлических соединений в местах подключения молниеприемника, токоотвода и заземлителя.
    Болтовое соединение проводников
    Рис. 13: болтовое соединение проводников

Тросового

Монтаж тросового громоотвода выполняется идентично. В зависимости от конкретной ситуации трос может натягиваться гибким тросом между опорами или устанавливаться на кронштейнах. В первом случае молниеприемник будет провисать при изменении натяжения, поэтому крепление на кронштейне жесткой медной или стальной проволоки куда выгоднее. Такая процедура выполняется в следующей последовательности:

  • Установите кронштейны по коньку крыши, способ их крепления выбирается в зависимости от местных условий.
    Установите кронштейны
    Рис. 14: установите кронштейны
  • Закрепите проволоку в кронштейнах, фиксируется при помощи болтовых соединений или зажимов.
    Закрепите проволоку в кронштейнах
    Рис. 15: закрепите проволоку в кронштейнах
  • Длину молниеприемника отрезайте с запасом, а лишние отрезки загибаются вверх по краям крыши.
    Концы молниеприемника
    Рисунок 16: концы молниеприемника
  • Установите токоотвод от троса к заземлителю;
  • Соедините все три элемента при помощи сварки (для стальных конструкций) или болтовых соединений для других металлов.

Окончив установку любого из предложенных типов, обязательно проверьте сопротивление всей конструкции. В идеале проверка выполняется при помощи моста, но в домашних условиях подойдет и обычный мультиметр или контрольная лампочка.

Источник: www.asutpp.ru

Теория о грозе

Итак, во время грозы, облака очень сильно электризуются относительно друг друга и земли. Фактически, облака и земля при грозе – разные полюса, которые можно считать разными обкладками гигантского, постоянно заряжающегося конденсатора. И когда разность потенциалов (напряжение) достигает своего пика, т.е. напряжения пробоя между этими «обкладками» (а это миллиарды вольт), то происходит разряд молнии. Гром – это акустическое производное от удара молнии.

Что такое молниезащита?

Молниезащита (грозозащита, громозащита) – комплекс мер и специальных приспособлений для обеспечения безопасности здания, а также имущества и людей, находящихся в нём.

Самым простым решением молниезащиты является – молниеотвод, или как его еще называют в народе – громоотвод.

Виды молниезащиты

Молниезащита бывает 2х видов — внешняя и внутренняя системы молниезащиты.

Виды молниезащиты

Внешняя система молниезащиты

Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в строительный объект правильно спроектированное и сооруженное молниезащитное устройство должно принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам в систему заземления, где энергия разряда должна безопасно рассеяться. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.

Существуют следующие типы внешней молниезащиты:

— Конструкция, когда молниеотвод выполняет роль проводника между обкладками этого конденсатора (т.е. конденсатор как бы замкнут накоротко). Поэтому заряд на его обкладках не накапливается, а конденсатор постоянно разряжается. И напряженность в районе молниеотвода практически нулевая. Иными словами, молниеотвод не «ловит» на себя молнию, а создает условия, когда молния не может возникнуть. Он просто «отводит» молнию от себя.

— Конструкция, когда молниеотвод принимает на себя удар молнии, и спускает все напряжение в землю.

Эти 2 типа подразделяются на следующие виды:

— молниеприемная сеть;
— натянутый молниеприемный трос;
— молниеприемный стержень;
— активная молниезащита.

В большинстве случаев, внешняя молниезащита состоит из следующих элементов:

— Молниеотвод (молниеприёмник, громоотвод) — устройство, перехватывающее разряд молнии. Выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь)

— Токоотводы (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

— Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.

Внутренняя система молниезащиты

Внутренняя молниезащита представляет собой совокупность устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Назначение УЗИП защитить электрическое и электронное оборудование от перенапряжений в сети, вызванных резистивными и индуктивными связями, возникающих под воздействием тока молнии.

Общепринято выделяют перенапряжения, вызванные:

Прямыми ударами молнии. Такие перенапряжения происходят в случае попадания молнии в здание (сооружение) или в подведенные к зданию (сооружению) линии коммуникаций (линии электропередачи, коммуникационные линии). Перенапряжения, вызванные прямым ударом, именуются «Тип 1» и характеризуются формой волны 10/350 мкс. Они наиболее опасны, так как несут большую запасенную энергию.

Непрямыми ударами молнии. Эти перенапряжения происходят вследствие ударов вблизи здания (сооружения) или удара молнии вблизи линий коммуникаций. В зависимости от типа попадания различаются и параметры перенапряжений. Перенапряжения, вызванные непрямым ударом, именуются «Тип 2» и характеризуются формой волны 8/20 мкс. Они менее опасны: запасенная энергия примерно в семнадцать раз меньше, чем у «Тип 1».

История молниезащиты

Считается, что молниеотвод был изобретён Бенджамином Франклином в 1752 году, хотя есть свидетельства о существовании конструкций с молниеотводами и до этой даты (например, Невьянская башня, бумажные змеи Жака Рома).

Описание первого способа защиты от молний появляется в ежегоднике «Альманах Бедного Ричарда». «Способ этот таков, — писал Франклин. — Возьмите тонкий железный стержень (каким, например, пользуются гвоздильщики) длиною достаточною для того, чтобы три-четыре фута одного конца опустить во влажную землю, а шесть-семь другого поднять над самой высокою частью здания. К верхнему концу стержня прикрепите медную проволоку длиной в фут и толщиной с вязальную спицу, заостренную как игла. Стержень можно прикрепить к стене дома бечевой (шнуром). На высоком доме или амбаре можно поставить два стержня, по одному на каждом конце, и соединить их протянутой под коньками крыши проволокой. Дому, защищенному таким устройством, молния не страшна, так как острие будет притягивать ее к себе и отводить по металлическому стержню в землю, и она уже никому не причинит вреда. Точно так же и суда, на верхушке мачты которых будет прикреплено острие с проволокой, спускающейся вниз на палубу, а затем по одному из вантов и обшивке в воду, будут предохранены от молнии».

Источник: dom.dobro-est.com



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.