Молния отвод

Если рассматривать статистику погибших людей от ударов молнии, то это количество больше, чем жертв в авиационных катастрофах. Молния каждый год уносит несколько тысяч жизней, а также наносит многомиллионный материальный ущерб. Каждый владелец дачи или собственного дома знает, что защитить свое имущество и родственников можно только самому. Поэтому молниеотводы лучше изготавливать самостоятельно.

Самодельные молниеотводы нормально работают, что подтверждается на практике. Такие устройства имеют и другое название – громоотводы. Гром никакого вреда не наносит, кроме громкого звука. А для защиты от молнии необходимо сооружать некоторую конструкцию.

Удар молнии обычно приходится в конструкцию с максимальной высотой, которая встречается на ее пути. Опасным местом во время грозы является жилой дом или другая постройка из-за наличия в них металлических элементов – крыша, телевизионная антенна и т.д. Жильцы городских квартир могут не беспокоиться, так как большинство многоэтажных домов уже имеют молниеотводы.

Если рядом с домом имеется вышка сотовой связи, то в устройстве молниеотвода нет необходимости. Во всех других случаях целесообразно все-таки обезопасить свой дом. Если вызывать для таких работ специалистов, то это обойдется вам недешево. Но если разобраться с устройством системы молниеотвода, то можно все сделать самостоятельно.

Виды и особенности устройства

На рисунке изображено устройство системы молниеотведения.

Существует несколько видов молниеотвода, но основные их части одни и те же:

• Молниеприемник.
• Токоотводящее устройство.
• Заземление.

Виды молниеприемников

Верхняя часть этой защитной системы называется молниеприемником.

• Стержневой приемник молнии заострен на конце. В него ударяет молния во время грозы. Оптимальным вариантом изготовления приемника молнии является медный штырь диаметром 15 мм. Он должен быть расположен достаточно высоко, однако слишком высокий приемник будет притягивать к себе электрические разряды молнии.Стержневые молниеотводы наиболее эстетичны, в отличие от тросового, но обеспечивают меньший защитный радиус на участке. От высоты металлического штыря зависит величина защищаемого пространства.

• Тросовый приемник способен защитить большую площадь участка, в отличие от стержневого молниеприемника. Тросовые конструкции используются в устройствах линий электропередач. В них вместо металлических штырей применяют трос, который соединяется с другими элементами болтовым соединением.

• Сетчатый приемник молнии изготавливается в виде металлической сетки на крыше дома.

Токоотводы

Следующей частью системы отведения молнии является токоотвод, состоящий из толстых алюминиевых или медных проводов, закрепленных специальными муфтами к приемнику молнии и заземляющему контуру. Для крепления его на стене применяются пластиковые крепежные элементы. Токоотвод необходимо изолировать от воздействия внешней среды. Для этого обычно используют пластиковый кабель-канал.

Заземление

Основные элементы заземления находятся в грунте. Заземлитель состоит из металлических стержней, сваренных между собой, либо скрепленных болтами.

Заземление системы отведения молнии является важной частью всей конструкции. Этот заземляющий контур аналогичен устройству заземления дома. Важным требованием при этом является то, что эти два разных контура заземления ни в коем случае не должны соединяться. Иначе во время грозы бытовые электрические устройства могут выйти из строя, либо возникнет возгорание деревянного дома от разряда молнии.

Требования к заземлению системы отведения молнии:

• Металлические штыри, вставленные в грунт, должны быть длиной не меньше трех метров.
• Сечение металлических штырей – не менее 25 мм².
• Штыри соединяются между собой треугольником, что является отличием от обычного заземления дома.
• Между вершинами треугольника должно быть расстояние не менее 3 метров.
• В качестве соединительных шин допускается применять металлический пруток диаметром не меньше 12 мм или полосу сечением 50 х 6 мм.
• Длина сварных швов не должна быть меньше 20 см.
• Для заземления молниеотводов устанавливается минимальная глубина над поверхностью земли 50 см.

Место для заземления

К этому вопросу следует подходить с наибольшим вниманием и аккуратностью. Заземляющие электроды не должны устанавливаться в местах нахождения животных, или возле детских площадок. Также нельзя располагать эти элементы возле скамеек или дорожек.

Лучше заземление будет работать во влажном грунте. Чтобы поддерживать работу заземления, можно самостоятельно создавать для этого условия, периодически поливая место заземления водой. Если нет возможности полива этого места, а почва в вашей местности слишком сухая, то рекомендуется при установке в почву электродов заземления посыпать их смесью соли и древесного угля.

Как работают молниеотводы

Чтобы разобраться в принципе действия системы отведения молнии, следует представить большой конденсатор, который постоянно заряжается. Его обкладками будут облака и земля. При наступлении грозы обкладки этого большого конденсатора начинают электризоваться между собой, и накапливать заряд. При достижении разницы напряжения между обкладками, равному напряжению пробоя молнии, возникает сильный разряд молнии, достигающий нескольких миллиардов вольт.

Чтобы заряд не накапливался, необходимо замкнуть этот конденсатор на землю. Таким замыкающим проводником и являются молниеотводы. Поэтому при грозе происходит разряжение конденсатора и обкладки не могут накопить заряд, а напряжение в молниеотводе уменьшается до нуля. Другими словами, система отведения молнии создает условия, в которых не способен возникнуть электрический разряд молнии, так как накапливаемый заряд отводится в землю.

Особенности самостоятельной установки молниеотвода

• Молниеотводы рекомендуется изготавливать из материалов, не подверженных коррозии. Для этого применяется оцинкованный уголок, луженая жесть, профиль из дюралюминия, или сетка из неизолированной медной проволоки. Соединяющие проводники должны иметь необходимое сечение. Молниеприемник нельзя покрывать лакокрасочными материалами или другой изоляцией.


• Для удобного расположения молниеотвода можно использовать высокое дерево, находящееся вблизи дома. Чтобы не причинять вред дереву, приемник молнии можно закрепить на длинном деревянном шесте, который фиксируют на дереве с помощью пластиковых хомутов, и располагают на максимальной высоте.
• Если дерева нет, то можно использовать для крепления молниеприемника телевизионную антенну, которая закреплена на крыше дома.
• Другим способом установки является печная труба, к которой можно закрепить металлический штырь и соединить его с заземлением.

Техническое обслуживание

Чтобы система молниеотвода работала без нареканий, необходимо обслуживать его конструкцию для поддержания в рабочем состоянии. Металлический штырь, играющий роль приемника молнии, необходимо чистить обычными чистящими средствами в виде наждачной бумаги или других аналогичных средств, чтобы предотвратить образование окиси и удалить загрязнения.

В засушливые времена необходимо периодически увлажнять почву в месте закладки контура заземления.

Источник: electrosam.ru

Что такое молния?

Многие владельцы частных домов стараются сделать свое жилище максимально комфортабельным и безопасным, но при этом забывают об возможности поражения дома молнией.

Молния – одно из самых неприятных явлений, которое может нанести колоссальный ущерб жилищу.

Как известно, она представляет собой электрический разряд большой мощности, поэтому даже при непрямом попадании в дом, она может повредить электрическую технику в помещениях.

Хорошо, если возле дома имеется высокое здание, оснащенное молниезащитой.

В таком случае можно не переживать о возможности попадания молнии в дом, поскольку зачастую такие дома имеют молниеотводы с большой зоной защиты, которая и будет покрывать территорию с рядом стоящими зданиями.

Особенностью молнии является выполнение разряда на самую высокую точку. Поэтому если дом стоит на отшибе, он является наивысшей точкой, если, конечно, рядом с ним не растет дерево, которое выше дома.

Но дерево тоже не гарантия защиты. Опасность поражения жилища молнией во много раз возрастает, если рядом с домом имеются водоемы, сильные ручьи, болотистая местность.

Итак, если частный дом не окружен высотными постройками, лучше обезопаситься, обеспечив жилище молниезащитой.

Поражающие факторы молнии

Но перед тем как разобраться со способами защиты дома от возможного поражения молнии, следует рассмотреть поражающие факторы этого явления.

Всего этих факторов два.

Первичный.

Это прямое попадание молнии в дом, в результате чего он может получить повреждение конструкции, существует возможность возникновения пожара. Данный фактор является самым опасным.

Вторичный.

Для дома и жильцов менее опасен. Данный фактор сводится к появлению электромагнитной индукции в проводке дома при разряде молнии рядом с домом.

Из-за индукции в проводке происходит значительный скачок напряжения, который способен повредить все электроприборы в доме, подключенные к сети.

И если от вторичного фактора можно обезопаситься без дополнительного оснащения путем отключения всех приборов от сети во время грозы, то первичного фактора защитится таким способом невозможно, нужно оснащение дома молниезащитой.

Штат Огайо, дом в который попала молния.

Поскольку молния – это всего лишь электрический разряд хоть и большой силы, но он действует как любой другой разряд, то есть движется по пути наименьшего сопротивления.

Обеспечение этого пути и является задачей молниезащиты.

Если молния попадет в дом, оснащенный таким типом защиты, то электрический разряд по нему уйдет в землю, не нанося ущерба зданию.

В народе такая зашита называется заземлением дома, молниеотводами, громоотводами.

Что касается последних, то определение не совсем верно, ведь гром – это всего лишь звуковое сопровождение, возникающее при разряде молнии.

Критерии и виды молниезащиты

Теперь разберем типы молниезащиты.

Здесь данное оборудование имеет несколько критериев, которые и делят его на типы.

Первый критерий – метод защиты.

По нему молниеотводы делятся на:

1. Активные;
2. Пассивные.

Активные появились сравнительно недавно. В них молниеприемник, о нем речь — чуть ниже, оснащен специальным ионизатором, который своими импульсами «провоцирует» молнию.

По сути, данный прибор специально притягивает молнию на себя, что полностью исключает возможность появления вторичного фактора поражения молнией.

Пассивные же не оснащены ничем таким, молния может разрядиться на нее, а может и нет. Данный тип защиты используется повсеместно.

Дальше рассматривать будем только такую защиту, поскольку ею можно оборудовать дом самостоятельно, а вот оборудование для активной защиты устанавливается только специалистами.

Второй критерий – виды защиты.

По нему громоотводы тоже делятся на два типа – внешний и внутренний.

Здесь все просто – внешний защищает дом от первичного фактора воздействия молнии, а внутренний – от вторичного.

И третий критерий – конструктивные особенности.

Но здесь разделение на типы больше относиться к молниеприемникам. По ним молниеотвод делится на штыревой, тросовый и сетчатый.

Конструкция молниезащиты

Теперь по конструкции молниезащиты, поговорим пока только о внешней.

Состоит она всего из трех элементов – молниеприемника, токоотводов и заземлителя.

Молниеприемник.

Принимает на себя разряд молнии, поэтому он закрепляется на крыше дома, чтобы сам приемник был наивысшей точкой.

Простейшим является стержневой тип приемника.

Стандартным считается металлический прут диаметром 10-18 мм, и длиной от 250 мм.

Можно также использовать и трубу, но только торцы ее должны быть заварены.

Количество приемников рассчитывается от размера здания. На небольшие дома достаточно одного, если же площадь дома превышает 200 м кв. устанавливается два стержня с расстоянием между ними от 10 м.

Чтобы разряд по приемнику не перешел к дому, его закрепляют на крыше при помощи деревянных брусков или специальных крепежей.

Некоторые, чтобы не портить внешний вид дома, молниеприемник устанавливают на отдельной опоре возле дома.

Некоторые, если есть возможность, крепят дополнительный молниеприемник прямо на дереве.

Особой разницы нет, поскольку даже у рядом установленного молниеприемника зона защиты будет покрывать дом.

Основным условием установки приемника – он должен располагаться выше дома, а также других построек возле него.

Еще один тип молниеприемника – тросовый.

Используется трос, который натягивается по всей длине конька крыши и закрепляется на деревянных опорах. Важным условием является натяжка троса – он не должен касаться крыши.

Третий тип приемника – сетка.

Ее изготавливают из любой проволоки (стальной, алюминиевой и др.) с сечением не менее 6 мм.

Ее натягивают по площади всей крыши, ячейки этой сетки должны формировать квадрат примерно 6х6 м.

При этом сетка тоже не должна касаться крыши, ее закрепляют на деревянных или специальных токонепроводящих опорах на высоте 6-8 см от крыши.

Строгих предписаний к использованию того или иного типа молниеприемника нет, использовать можно любой, все они вполне эффективны, поэтому выбираются они по желанию.

Токоотводы.

Далее о втором элементе данной защиты – токоотводах.

Основной задачей их является передача разряда от приемника к заземлителю.

Чаще всего в качестве токоотводов используется стальная проволока диаметром от 6 мм.

Если стены дом сделаны из кирпича или пеноблока, в общем, из любого негорючего материала, то можно токоотвод закрепить вдоль стены в любом незаметном месте, главное, не возле окон и входных дверей.

Можно в качестве токоотвода использовать и металлическую ленту, но толщиной не менее 2 мм и шириной от 30 мм.

Токоотвод крепиться к приемнику при помощи сварного, болтового или спайного соединения.

От количества концов молниеприемников зависит количество токоотводов.

Если используется только один стержневой приемник, то к нему крепится один отвод. При использовании тросового приемника нужно уже два отвода.

Также два токоотвода применяется при сеточном приемнике.

Заземлитель.

Последний элемент – заземлитель. Самым простым заземлителем являются два металлических прута, заглубленных в землю на 2-3 м.

Расстояние между ними должно составлять не менее 3 м. Эти пруты должны быть перемкнуты между собой перемычкой на уровне 0,5-0,8 м в земле. К этой перемычке и подсоединяется токоотвод.

На грунтах с высоким уровнем грунтовых вод лучше использовать горизонтальное положение заземлителя на глубине от 0,8 м. При этом заземлителем должен выступать металлический уголок или полоса шириной от 50 мм и толщиной от 4 мм.

Соединяется заземлитель с токоотводом только сварным соединением.

Читайте по теме — защита электроприбов с помощью специальных устройств.

Особенности монтажа молниезащиты

Исходя из описанного можно понять, что сделать молниезащиту вполне можно и самому, имея только необходимые материалы.

Чтобы сделать защиту дома от молнии, нужно вначале произвести замеры.

Необходимо выяснить высоту, на которой должен располагаться приемник, а также определить метод его крепления.

Затем нужно высчитать длину токоотвода. Здесь важно учитывать, что путь заряда молнии к заземлителю должен быть максимально коротким. Поэтому не стоит делать какие-то обводы, изгибы и т.д. И уж тем более нельзя из отвода формировать кольца.

Что касается заземлителя, то он должен располагаться не менее чем 1 м от ближайшей стены дома. После всех расчетов можно приступать к монтажу.

Начинать нужно с заземлителя.

Если он будет сделан из прутов, достаточно вырыть траншею глубиной 0,5 м и длиной 3 м.

По краям этой траншеи забить в землю пруты длиной не менее 2 м.

Затем при помощи сварочного аппарата к этим прутам приварить перемычку.

Если же заземлитель будет горизонтальным, то придется копать траншею значительно глубже.

Далее можно переходить к установке приемника.

Здесь нужно соблюдать важное условие – он не должен контактировать с крышей дома, поэтому для закрепления его использовать только деревянные опоры.

Или крепить его нужно непосредственно к токонепроводящим конструкциям дома.

Затем к приемнику и заземлителю крепится токоотвод, который после можно прикрепить к крыше специальными приспособлениями, а затем и к стене дома.

К приемнику токоотвод можно закрепить и при помощи болтов, а вот к заземлителю – только при помощи пайки или сварки.

Останется только закопать вырытую заранее траншею.

Что касается монтажа защиты на дом с деревянными стенами, то принцип идентичен, но есть одно условие – прикреплять токоотводы непосредственно к стене нельзя.

Они должны располагаться на удалении от стены не менее чем на 150 мм.

Внутренняя защита дома

Это было все, что касается внешнего типа защиты. Напоследок же немного о внутренней, ведь полностью защитить здание от воздействия молнии внешний тип не может, поэтому желательно использовать оба этих типа.

Итак, внутренняя защита оберегает бытовую технику от скачков напряжения, которые может создать заряд молнии.

Для внутренней защиты используются специальные устройства защиты импульсного перенапряжения (УЗИП).

Выпускается большое количество таких устройств с разной степенью защиты.

Эти устройства подключаются к электрической сети дома и устанавливаются в распределительном щитке на входе.

Только после установки этого устройства можно будет с уверенностью сказать, что дом полностью оборудован молниезащитой.

Источник: ElektrikExpert.ru

Откуда появляются молнии

Упрощенно физику процесса можно описать так: источником молнии являются кучево-дождевые облака.

Во время грозы они превращаются в своеобразные гигантские конденсаторы. На верхней плюсовой части в виде кристаллов льда скапливается огромный положительно заряженный потенциал ионов, а в нижней минусовой области собираются отрицательные электроны в виде водяных капель.

Во время разряда (пробоя) этого природного аккумулятора между землей и грозовым облаком появляется молния — громадный электрический искровой разряд:

Протекать этот разряд всегда будет по цепи наименьшего локального сопротивления электрическому току. Факт общеизвестный и проверенный. Такое сопротивление бывает обычно у высотных построек и деревьев. Чаще всего именно в них и ударяет молния.

Молниеотвод своими руками

Идея молниеотвода заключается в обустройстве рядом с домом участка минимального сопротивления для того, чтобы разряд молнии проходил по нему, а не по строению.

Если у вас отсутствует на даче молниеотвод — пора задуматься о его сооружении. Самый дешевый и простой способ его изготовления — сделать все самому. Что же для этого нужно знать?

Итак, молниеотвод (громоотвод) есть устройство молниезащиты (грозозащиты), обеспечивающее безопасность здания и жизни людей, находящихся в нем, от разрушительных воздействий, которые могут возникнуть в грозу при прямом попадании молнии.

Это защищенный от коррозии, оголенный проводник — то есть, хорошо проводящий электроток материал как можно большей площади и большего сечения (минимум 50 мм²).

Собирается молниеотвод (громоотвод) из толстой медной проволоки или стальной катанки, труб нужного сечения либо из стальных, алюминиевых, дюралевых стержней различного профиля, уголков, полос и так далее.

Стальные материалы лучше использовать оцинкованные. Так как они менее подвержены воздушному окислению.

Из чего состоит грозозащита: устройство

Молниеотвод (громоотвод) простейшей конструкции состоит из 3 частей:

Расскажем о каждом элементе подробнее.

Молниеприемник

Молниеприемник — металлический проводник, закрепляемый на крыше здания либо на отдельной опоре (вышке). Конструктивно делится на три вида: штыревые, тросовые и сетчатые.

При выборе конструкции молниеприемника ориентируйтесь на материал, которым покрыта крыша дома.

1. Штыревое (или стержневое) устройство молниеприемника — это возвышающийся над домом металлический вертикальный стержень (смотрите рисунок ниже).

Подходит для крыши из любого материала, но предпочтительнее все-таки для металлической кровли. Высота штыревого молниеприемника не должна превышать 2 метра. А крепится он либо на отдельно стоящую несущую опору, либо непосредственно на сам дом.

Материалы для изготовления:

Главное условие для всех этих стальных материалов — сечение минимум 50 мм².

2. Тросовое устройство молниеприемника — это натянутый по коньку на высоте до 0,5 м от крыши трос с минимальным сечением 35 мм² или проволока.

Обыкновенно применяется стальной оцинкованный канат. Данный вид молниеприемника подходит для деревянных либо шиферных крыш.

Закрепляется он на двух (1-2 метра) опорах из дерева, либо металла, но на металлические опоры необходимо установить изоляторы. С токоотводом трос соединяют при помощи плашечных зажимов.

3. Сетчатое устройство системы молниеприемника — это проложенная над крышей сетка толщиной 6—8 мм. Эта конструкция самая сложная по исполнению. Применяется для крыш, покрытых черепицей.

4. Ну и совсем редко используется покрывное устройство молниезащиты — это когда в качестве молниеприемников выступают металлические конструктивные элементы самого дома (кровля, фермы, ограждение крыши, водосточная труба).

Все рассмотренные конструкции молниеприемников надежно соединяются при помощи сварки с токоотводом и через токоотвод с заземлителем одно- или двухбоковым сварным швом минимум 100 мм в длину.

Токоотвод

Токоотвод (спуск) — средняя часть молниеотвода, представляющая собой металлический проводник с минимальным сечением для стали 50, для меди 16 и для алюминия 25 мм в квадрате.

Главное предназначение токоотвода — это обеспечение прохождения разрядного тока от молниеприемника к заземлителю.

Идеальный путь для прохождения электротока — кратчайшая прямая, направленная строго вниз. Избегайте при монтаже молниеотвода поворотов под острым углом. Это чревато возникновением искрового разряда между близкорасположенными участками токоотвода, что приведет к неизбежному воспламенению.

Самый ходовой материал для токоотвода — неизолированная стальная проволока-катанка или полоса. Его проводят только по несгораемым поверхностям. На горючие стены следует устанавливать металлические скобки, которые сами будучи в контакте с горючей поверхностью защитят токоотвод.

Минимальное расстояние от стены до токоотвода 15-20 см.

Надо проложить его так, чтобы не было точек соприкосновения с такими элементами дома, как крыльцо, входная дверь, окно, металлические гаражные ворота.

Мы знаем, что соединять части молниеотвода лучше сваркой, но если это невозможно, допускается сопряжение токоотвода с заземлителем и молниеприемником при помощи трех заклепок или двух болтов. Длина наложения токоотвода на другие части системы при заклепочном соединении равна 150, а при болтовом — 120 мм.

Конец не оцинкованной проволоки-катанки и место крепления проволочного токоотвода к стальным деталям для обеспечения надежного контакта нужно зачистить, а оцинкованную достаточно отмыть от пыли и грязи. Затем на конце проволоки делают петельку либо крючок, ставят с обеих сторон шайбы и как можно сильнее стягивают все это болтом.

Места соединения (если это не сварка) к тому же нужно обмотать в несколько слоев изолентой, затем грубой тканью, поверх перекрутить толстой ниткой и покрыть все краской.

Для улучшения контакта можно обработать концы проволоки оловом и спаять.

Заземлитель

Заземлитель (заземляющие электроды) — находящаяся в земле, нижняя часть молниеотвода, обеспечивающая надежный контакт токоотвода с грунтом.

Как правильно обустроить заземление, описано в ГОСТах и СНИПах, но для самого простого варианта достаточно не менее одного метра от края фундамента и не ближе 5 метров от входа в здание закопать П-образную конструкцию из металлических проводников.

С задачей способен справиться обычный контур заземления (его делают для бытовых электроприборов).

Это 3 забитые и закопанные в землю электрода, соединенные между собой на одинаковом расстоянии горизонтальными заземлителями. Закапывать заземляющую конструкцию следует ниже максимального уровня промерзания почвы. От 0,5 до 0,8 метра в глубину.

Для заземлителя берут прокатную сталь сечением 80 мм, реже медь сечением 5о мм в квадрате. Вертикальные заземляющие электроды бывают 2-3 метра в длину, но чем ближе уровень грунтовых вод, тем они короче.

Если почва на вашей даче постоянно находится во влажном состоянии, то достаточно будет и метрового или полуметрового штыря.

На какую глубину забивать и какое количество электродов будет необходимо можно узнать в энергослужбе по месту проживания.

Нужно помнить, что качество заземления зависит от размера площади контакта заземлителя с почвой и удельного сопротивления самого грунта.

Заземлитель для молниеотвода нужен отдельный, не следует заземлять молниеприемник на бытовой контур. Категорически не советуем экспериментировать. Чревато последствиями.

Предлагаем посмотреть видео с наглядной схемой монтажа молниезащиты:

Согласно нормативным документам, для частных жилых домов установка систем молниезащиты необязательна. И только вам решать вопрос о целесообразности монтажа молниеотвода (громоотвода) на даче. Надеемся, что статья поможет принять правильное решение.

Источник: bydom.ru

2.1. Нормативные требования

Здесь снова приходится опустить Инструкцию СО-153-34.21.122-2003, не содержащую никаких конкретных требований к заземлению молниеотводов. В Инструкции РД 34.21.122-87 формально требования сформулированы, но они касаются не величины сопротивления заземления, а конструкции заземляющих устройств. Для отдельно стоящих молниеотводов речь идет о фундаментах опор молниеотводов или о специальном заземлителе, минимальные размеры которого показаны на рис. 7.

Рисунок 7. Минимальные размеры заземлителя из горизонтальной полосы и трех вертикальных стержневых электродов по РД 34.21.122-87

В нормативе нет никаких указаний об изменении размеров электродов в зависимости от удельного сопротивления грунта. Это значит, что по мнению составителей типовая конструкция признается пригодной для любых грунтов. Насколько при этом будет меняться ее сопротивление заземления R_gr, можно судить по расчетным данным рис. 8.

Рисунок 8. Расчетное значение сопротивления заземления типового заземлителя из Инструкции РД 34.21.122-87

Изменение значения R_gr в пределах почти 2-х порядков величины вряд ли можно расценивать как нормирование. Фактически никаких конкретных требований к величине сопротивления заземления норматив не содержит и этот вопрос безусловно заслуживает специального рассмотрения.

Стандарт ОАО «Транснефть» удивил таблицей нормированных значений сопротивления заземления молниеотводов (рис. 9), которую составители полностью скопировали из последнего издания ПУЭ, где она относится к заземлителям опор ВЛ 110 кВ и выше. Жесткие требования ПУЭ вполне понятны, поскольку сопротивление заземления опоры ВЛ в значительной мере определяет величину грозового перенапряжения на линейной изоляции. Мотивы переноса этих требований на заземления молниеотводов выяснить невозможно, тем более, что в высокоомных грунтах их вообще не удается реализовать при помощи сколько-нибудь разумных конструкций. Чтобы продемонстрировать это, на рис. 10 показаны результаты расчета заземлителя молниеотвода совершенно фантастического исполнения. Он представляет собой полностью металлическую конструкцию квадратного сечения, длина стороны которого указана на оси абсцисс. Рассчитаны два варианта – с глубиной заложения в грунт 3 и 10 м. Легко убедиться, что в грунте с удельным сопротивлением ρ = 5000 Ом м нормированное значение 30 Ом (R_З/ρ = 0,006 м^-1) потребует заполнить металлом окрестность фундамента молниеотвода более, чем 50х50 м. Не лучше ситуация и с протяженном заземлителем. В тех же условиях для обеспечения требуемого сопротивления заземления нужна горизонтальная шина длиной более 450 м.

Таблица 9

Рисунок 10. К оценке возможностей выполнения требований стандарта ОАО «Транснефть» при помощи сосредоточенного заземляющего устройства

Требования стандарта ОАО «Газпром» предельно конкретны. Сопротивление заземления отдельно стоящего молниеотвода для I и II уровней защиты должно быть равно 10 Ом в грунтах с ρ ≤ 500 Ом м. В более высокоомных грунтах допускается использовать заземлители, сопротивление которых определяется как

Отдавая себе отчет в сложности изготовления такого относительно низкого сопротивления заземления, стандарт рекомендует химическую обработку или частичную замену грунта. Заслуживает внимания оценка объема рекомендованных работ в конкретных условиях. Ее легко выполнить для простейшей ситуации, ориентируясь на полусферический заземляющий электрод, потенциал которого в двухслойном грунте (независимо от того, что было сделано – химия или механическая замена грунта) согласно рис. 11 равен

Рисунок 11. К оценке сопротивления заземления в двухслойном грунте

Откуда точное значение сопротивления заземления определяется как

В предельном случае, когда химическая обработка или замена грунта оказались столь эффективны, что его удельное сопротивление упали почти до нуля,

Выражение позволяет оценить снизу радиус обработки r₁. В рассматриваемом примере он оказывается равным приблизительно 40 м, что соответствует объему грунта около 134000 м³. Полученное значение заставляет очень серьезно задуматься о реальности намечаемой операции.

Рисунок 12. Сопротивление заземления двухлучевого горизонтального заземлителя в зависимости от толщины верхнего обработанного слоя грунта

К похожему результату приводит оценка и для любой другой практически значимой конфигурации заземляющих электродов, например, для двухлучевого заземлителя из горизонтальных шин длиной по 20 м. Расчетная зависимость на рис. 12 позволяет оценить, как меняется сопротивление заземления такой конструкции при вариации толщины верхнего низкоомного слоя замененного грунта. Требуемое сопротивление заземления в 20 Ом получается здесь при толщине обработанного (или замененного) слоя в 2,5 м. Важно понять, на каком расстоянии от заземлителя можно прекратить обработку. Показателем является потенциал на поверхности земли U(r). Изменение удельного сопротивления перестанет влиять на результат там, где потенциал U(r) станет намного меньше потенциала заземляющего электрода U_З = U(r₀).

2.2. С какой целью заземляется молниеотвод

Прошу не считать банальным заголовок раздела. Молниеотводы заземляли всегда, с момента их изобретения, иначе как они могли бы отвести в землю ток молнии. Современные руководства говорят о том, что сопротивление заземления должны обеспечить безопасный отвод тока молнии. О какой опасности и безопасности речь? Здесь не удастся отговориться банальностями. Наверное, стоит еще раз вспомнить о воздушных линиях электропередачи. Там сопротивление заземления определяет резистивную составляющую грозовых перенапряжений которые действуют на гирлянду изоляторов.

Ничего подобного нет у молниеотводов. Их молниеприемник ”без проблем” принимает потенциал заземляющих электродов. Присутствие конечного сопротивления заземления никак не влияет и на способность молниеотвода притягивать к себе молнию. В лаборатории не раз пытались проследить за влиянием сопротивления заземления на этот процесс и каждый раз безрезультатно. Объяснение здесь достаточно простое и очевидное. Молния никогда не ударяет в молниеотвод. Ее встречает и притягивает к себе плазменный канал встречного разряда, который стартует от вершины молниеотвода в электрическом поле грозового облака и заряда уже формирующейся молнии. Этот канал (его называют встречным лидером) развивается при токе не более десятков ампер. Падение напряжения от такого слабого тока на сопротивлении заземления молниеотвода мало значимо по сравнению с потенциалом порядка 10⁷ -10⁸ В, который несет молния от грозового облака. Действительно, при сопротивлении заземления 10, 20, 100 или 200 Ом напряжение на заземлителе от тока ~ 10 А все равно не превысит даже 10⁴ В – величину ничтожно малую по сравнению с тем, чем располагает молния.

Отдельно стоящий молниеотвод, как известно, используют с единственной целью – устранить распространение тока молнии по металлоконструкциям защищаемого объекта. Именно для этого выбираются вполне конкретные расстояния от молниеотвода до объекта по воздуху и по земле. Допустим, что они выбраны верно и действительно исключают искровые перекрытия. Тем не менее, ток в заземлитель объекта попадает и попадает достаточно весомой долей, особенно когда функцию его заземления исполняет достаточно большой по площади фундамент защищаемого сооружения. Расчетные данные на рис. 14 показывают эту долю в зависимости от расстояния между заземлителями. У молниеотвода он выполнен согласно предписанию Инструкции РД 34.21.122-87 в виде горизонтальной полосы длиной 10 м с 3-мя вертикальными стержнями по 3 м каждый; фундамент объекта имеет размеры 50х50 м и заглублен на 3 м. Компьютерные расчеты выполнены для однородного грунта и для случая, когда поверхностный слой основного грунта на глубину до 2,5 м заменен высоко проводящим с удельным сопротивлением, меньшим в 50 раз. Легко убедиться, что изоляционное расстояние в 5 м, предписанное по стандарту ОАО «Транснефть», мало препятствует проникновению тока молнии к объекту через грунта, особенно, если его верхний слой заменен или химически обработан. Даже при расстоянии в 15 м, нормированном стандартом ОАО «Газпром», ток в заземлителе объекта превышает 50%.

Рисунок 14. Доля тока молнии, проникшая в заземлитель объекта через проводящую связь с заземлителем молниеотвода в зависимости от расстояния между ними

Здесь нужно еще раз подчеркнуть, что любая обработка верхнего слоя грунта, снижающая сопротивление заземления, не только не уменьшает кондуктивную связь между молниеотводом и объектом, но заметно осиливает ее, повышая тем самым долю тока молнии, ответвившуюся в объект.

Самое время еще раз поставить вопрос о цели снижения сопротивления заземления. Остается два незатронутых аспекта проблемы – формирование искровых каналов и напряжение шага. Первый вопрос будет рассмотрен ниже в специальном разделе. Что же касается напряжения шага, то оно безусловно зависит от конструкции заземлителя молниеотвода и от его сопротивления заземления. Расчетные кривые на рис. 15 демонстрируют динамику снижения напряжения шага по мере удаления от типового заземлителя молниеотвода, предписанного Инструкцией РД 34.21.122-87 (см. пояснения к рис. 14).

2.3. Как проектировать

В разделе снова ставится задача об удовлетворении требований нормативных документов без неоправданных материальных затрат. Это тем более важно, что на качество внешней молниезащиты величина сопротивления заземления молниеотвода мало влияет. Во всяком случае, с ней не связаны непосредственно те опасные воздействия молнии, которые могут привести к катастрофической ситуации на резервуарном парке или каком-либо другом объекте переработки углеводородного топлива. Главное, очень хотелось бы избежать дорогостоящей химической обработки или замены больших объемов грунта и без них выполнить требования отраслевых нормативов по молниезащите.

Создавать заземлитель для каждого молниеотвода в отдельности целесообразно только в грунтах с низким удельным сопротивлением, где даже типовая конструкция из РД 34.21.122-87 оказывается вполне дееспособной. Например, при рекомендованной там длине горизонтальной шины в 12 м и 3-х вертикальных стержнях по 5 м сопротивление заземления в грунте удельным сопротивлением ρ равно

Это значит, что при ρ ≤ 300 Ом м расчетное значение не превысит 20 Ом. При более высоком удельном сопротивлении грунта неплохой результат обеспечивают 4 взаимно перпендикулярных луча. При длине по 20 м каждый сопротивление заземления оказывается равным

а установка 5-метровых вертикальных стержней на концах каждого из лучей снижает эту величину до

Проблема становится серьезной, когда удельное сопротивление грунта заметно превышает 1000 Ом*м. Здесь привлекает внимание организация единого контура заземления для всех отдельно стоящих молниеотводов. Стоит еще раз обратиться к рис. 4, где демонстрируется защита резервуарного парка 3-мя тросами длиной по 100 м, при расстоянии между параллельными тросами 50 м. Объединение их опор горизонтальными шинами образует контур заземления с двумя ячейками 100х50 м. Его сопротивление заземления при укладке шин на глубину 0,7 м обеспечивает

что позволяет решить проблему в грунте удельным сопротивлением до 3000 Ом*м, даже руководствуясь предписанием стандарта ОАО «Газпром». Уместно отметить, что дополнительное устройство локального заземлителя у каждого из молниеотводов почти не влияет на сопротивление заземления образованного контура в целом. Так, использование в качестве локального заземлителя каждого молниеотвода стойки его фундамента с металлической арматурой длиной 5 м и эквивалентным радиусом 0,2 м (R_gr ≈ 0.1ρ [Ом]) в системе из 6 стоек снизило суммарное сопротивление контура заземления всего на 6%. Причина столь слабого влияния заключена в эффективной экранировке стержней протяженными горизонтальными шинами. Удлиняя горизонтальные шины, связывающие опоры молниеотводов, можно добиться сопротивления заземления порядка 20 Ом и в грунте с удельным сопротивлением 5000 Ом.

Читатель вправе прервать описание столь радужных перспектив, напомнив, что длинная шина медленно вступает в процесс растекания импульсного тока из-за своей индуктивности. Возразить против этого нечего. Но по крайней мере два обстоятельства все-таки действуют в пользу предложенного решения. Во-первых, ни один из упоминавшихся нормативов не требует каких-либо конкретных значений импульсного сопротивления заземления, а во вторых, в высокоомных грунтах скорость проникновения импульсного тока в заземляющую шину достаточно высока и потому текущее значение сопротивления заземления R_gr(t) = U_gr(t)/i_M(t) быстро принимает установившееся значение, контролируемое нормативными требованиями. Как пример на рис. 16 показана расчетная динамика изменения сопротивления заземления шины длиной 200 м между опорами молниеотводов. Принято, что удельное сопротивление грунта равно 5000 Ом*м, а его относительная диэлектрическая проницаемость равна 5 (учет этого параметра важен, когда емкостная утечка в грунт сопоставима с кондуктивной).

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Читайте далее «3. Скользящие искровые каналы вдоль поверхности грунта».

Источник: zandz.com

Другие статьи по теме:

Заземление на схеме Как узнать есть ли заземление в доме Изоляция электропроводки Сопротивление изоляции кабеля Измерение сопротивления изоляции кабеля Нормы устройства сетей заземления