В 1753 году мир впервые узнал об электрической природе молнии и методах борьбы с ее разрушительной силой благодаря опытам Франклина и изобретению молниеотвода.
Последующие идеи по усовершенствованию систем молниезащиты положили начало эре многочисленных разработок, результатом которых служит создание современных систем эффективной молниезащиты.
Простейшей и первичной из них является система на основе одностержневого пассивного молниеотвода. Она состоит из одного или нескольких металлических прутов, соединенных кабелями с заземлением, обеспечивает рассеивание полученного разряда и защиту небольших строений.
Система молниезащиты типа «пространственной клетки» представляет собой проводящую сеть, которую устанавливают на крыше защищаемого строения.
В ее конструкции применяются материалы, соответствующие стандарту устройства молниезащиты сооружений и коммуникаций СО 153-34.21.122-2003. Эти же параметры распространяются на все молниеотводы.
Натяжные системымолниезащиты представляют собой комплекс натянутых по периметру зоны защиты проводников.
Активные молниеотводы работают на основе притяжения и нейтрализации молнии в случае ее попадания в систему. Они функционируют за счет электрофизических процессов образования полей и разрядов.
Одна из наиболее совершенных систем современной молниезащиты основана на технологии PREVECTRON – разработке компании INDELEC.
Молниеотвод E.S.L.E.C. создан на базе усовершенствованного одностержневого молниеотвода. Система PREVECTRON E.S.E.L.C. включает в себя молниеотвод ESE, связанные с землей проводники и непосредственно точки заземления.
Установка и одновременная эксплуатация нескольких отдельных молниеотводов обеспечивает защиту даже очень больших зданий.
Система PREVECTRON проверена испытаниями и показала себя как один из самых надежных способов современной молниезащиты.
Устройство молниеотводов (защита от прямого воздействия)
Существуют 2 типа систем молниеотводов:
1.с использованием 1 штыря на весь дом, которая, в свою очередь, подразделяется на традиционную (молниеотвод Франклина) и с ионизатором;
2.с использованием системы штырей, соединенных между собой (так называемая клетка Фарадея).
Традиционная система молниезащиты (без ионизатора) состоит из:
специального молниеотвода h=35 см, выполненного из меди или стали, закрепленного на стержне h=2м;
удлиняющей мачты h=2м. Комбинация молниеотвода с мачтами позволяет достичь необходимой высоты: 2,35; 4,1; 5,85; 7,6 м;
специального крепежа мачты к стене или треноги;
специального проводника с набором крепежа к стене дома;
клеммы заземления;
земляной розетки.
Радиус защитного действия молниеотвода определяется высотой мачты и для традиционной системы приближенно рассчитывается по формуле:
R=1,732 xh,
где h - высота от самой высокой точки дома до пика молниеотвода.
Молниеотвод устанавливается на мачте необходимой высоты, затем вся конструкция при помощи спецального кронштейна (к стене) или треноги закрепляется на самой высокой точке дома и специальным проводником соединяется с клеммой заземлителя (земляной розетки). Соединительный проводник должен располагаться не ближе 1 м от канализации, магистрали газа, внешних металлических частей дома и фиксироваться специальным крепежом к стене дома через каждые 30 см, с изгибами не менее R=20 см. Клемма заземлителя устанавливается на высоте не менее 2 м от земли. Эта клемма соединяется с земляной розеткой, которая выполняется отдельно от существующего заземления дома.
Наиболее распространенные варианты устройства земляных розеток
«Птичья лапа»
«Треугольник»
Французская фирма INDELEC производит широкую гамму комплектующих для монтажа традиционной системы молниезащиты.
Кроме традиционной системы молниезащиты, фирма INDELEC предлагает также 2 серии нерадиоактивных ионизаторов Prevectron 2 Millenium:
S Series Prevectron 2 Millenium
Принципработыионизатора
Ионизатор использует градиент поля, существующего между облаком и почвой. Он создает серию импульсов высокого напряжения, благодаря использованию индукционного усилителя. Ионизаторы полностью автономны и не требуют технического обслуживания.
Для повышения безопасности людей и животных заземлители следует размещать в удалении на 5 метров от основных, грунтовых проезжих и пешеходных дорог. Во время грозы, находясь в помещении, необходимо закрыть форточки и окна, двери и дымоходы. Надо держаться подальше oт металлических предметов, электропроводки и молниезащитных устройств. Опасно находиться на открытом или возвышенном месте, на водоеме, а также быстро передвигаться. В случае, если гроза застала вас на улице, надо переждать ее, укрывшись в небольшом углублении или присесть к земле.
Не следует прятаться в стогах сена, под высокими деревьями, в одиноких строениях.
Атмосфе́рноеэлектри́чество — совокупность электрических явлений в атмосфере, а также раздел физики атмосферы, изучающий эти явления. При исследовании атмосферного электричества изучают электрическое поле в атмосфере, её ионизацию и проводимость, электрические токи в ней, объёмные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и многое другое. Все проявления атмосферного электричества тесно связаны между собой и на их развитие сильно влияют локальные метеорологические факторы. К области атмосферного электричества обычно относят процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере.
Начало атмосферному электричеству как науке было положено в XVIII веке американским учёным Бенджамином Франклином, экспериментально установившим электрическую природу молнии, и русским учёным Михаилом Ломоносовым — автором первой гипотезы, объясняющей электризацию грозовых облаков. В XX веке были открыты проводящие слои атмосферы, лежащие на высоте более 60—100 км (ионосфера, магнитосфера Земли), установлена электрическая природа полярных сияний и обнаружен ряд других явлений. Развитие космонавтики позволило начать изучение электрических явлений в более высоких слоях атмосферы прямыми методами.
Две основные современные теории атмосферного электричества были созданы английским учёным Ч. Вильсоном и советским учёным Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы. По теории Френкеля, электрическое поле атмосферы объясняется всецело электрическими явлениями, происходящими в тропосфере, — поляризацией облаков и их взаимодействием с Землёй, а ионосфера не играет существенной роли в протекании атмосферных электрических процессов.
Исследования атмосферного электричества позволяют выяснить природу процессов, ведущих к колоссальной электризации грозовых облаков, в целях прогноза и управления ими; выяснить роль электрических сил в образовании облаков и осадков; они дадут возможность снижения электризации самолётов и увеличения безопасности полётов, а также раскрытия тайны образования шаровой молнии.
Молниезащита коттеджа. Системы молниезащиты зданий, конструкция молниеотвода
Все, что нужно знать о молниезащите коттеджа. Грозы на нашей планете случаются непрерывно. Специалисты подсчитали: каждую секунду в землю вонзается около ста молний. Каждая из них - мощный сгусток энергии, порой до 200 тысяч ампер. По этой причине горят леса, разрушаются дома, гибнут люди...
Знаете, что я делаю обычно, оказавшись в одиночестве своего загородного дома во время грозы, когда раскаты грома сотрясают стены, молнии сверкают и струи дождя хлещут по стеклу? Я беру в руки 100-долларовую купюру и поглаживаю портрет Бенджамина Франклина. Ведь это именно он.создатель Американской Конституции, основоположник всех свобод Америки, знаменитый ученый, изобрел громоотвод.
Сегодня уберечься от молнии, которая долгие тысячелетия казалась непреодолимой и непредсказуемой стихийной силой, вполне возможно. Что такое громоотвод и зачем он нужен - теперь знают все. А вот оборудован ли им ваш дом?
Мы побеседовали с представителями многих уважаемых кровельных компаний, и все они в один голос дали однозначные ответы на два ключевых вопроса. Первый: нужен ли громоотвод? Ответ: конечно, обязательно! А вот на второй вопрос, как часто заказчики просят оборудовать системой грозозащиты новую кровлю, специалисты с легким смущением признавались: ПРАКТИЧЕСКИ НИКОГДА.
Что же вы, россияне, страх потеряли? Решили поступать по принципу <гром не грянет - мужик не перекрестится>? Да нет, просто сегодня большинство тех, кто строит загородные коттеджи, - горожане. А жителям городских квартир редко приходилось задумываться и над тем, откуда берется вода в кране, почему в розетке есть ток и защищен ли их дом от прямого попадания молнии. Помните классический текст объявления: <первый и последний этажи не предлагать>? Конечно, ведь на последнем этаже - крыша и все связанные с ней проблемы, а на первом, кроме любопытных прохожих, - подвал со всеми инженерными коммуникациями. Поэтому владельцу нового загородного дома надо обязательно осознать: его квартира теперь - одновременно и на первом, и на последнем этажах, а подвал и кровля входят не только в его личную собственность, но и в зону глубокой личной ответственности, А к такой ответственности мы не всегда готовы. Нет опыта. Поэтому, размышляя над безопасностью и качеством постройки нового дома, о грозозащитедо обидного постоянно забывают.
На момент сдачи в печать этого номера мы не успели получить полной статистики из МЧС об уничтожении домов, не снабженных громоотводами, от прямого попадания молнии.
Но вот для примера сводка по Новосибирской области:
1997 год - 12 пожаров, один человек погиб;
1998 год - 18 пожаров, гибели людей нет;
1999 год - 9 пожаров, один человек погиб;
2000 год - 13 пожаров, гибели людей нет;
2001 год - уже 14 пожаров, два человека погибли;
Вам это может показаться не страшным. Подумаешь, 14 домов сгорело, всего два покойника... Отвратительная вещь - статистика. Два трупа - пустяки! Новосибирская область большая! А теперь представьте, что уничтожен дом вашей мамы, сгорел лучший друг, да и самим вам настал конец из-за какой-то паршивой молнии.
Поэтому мы в редакции убеждены: об этой проблеме надо звонить во все колокола. И будем стараться звонить погромче.
Начнем с начала. Что же такое громоотвод? Открываем Энциклопедический словарь и читаем: <ГРОМООТВОД, распространенное в быту неправильное название молниеотвода.>
Конечно! Какой вред принесет нам гром? Ну.погрохочет. Мы ведь собираемся отвести от себя молнию. Исправляем свою ошибку, и дальше в тексте статьи вы встретитесь только с МОЛНИЕотводами и системами МОЛНИЕзащиты.
Когда изобретение Франклина (еще раз ; погладьте 100-долларовую купюру) стало известно миру, люди встретили его с ликованием, В конце XVIII века маленькими молниеотводами были украшены даже шляпки всех парижских модниц.
Два с лишним века человечество усовершенствовало это изобретение. Сейчас существуют целые системы защиты от молнии домов, самолетов, бензоколонок, кораблей, антенн... При этом конструкция в каждом случае учитывает все специфические особенности защищаемого объекта и окружающих его условий.
В рамках этой статьи мы не будем углубляться в специфику, а расскажем о системах молниезащиты коттеджей, дач и небольших построек на вашем участке, таких, например, как бани.
В принципе система молниезащиты на удивление проста. Ваша задача - встретить молнию на подлете к вашей крыше и сделать так, чтобы она изменила свое первоначальное направление и, скользнув вдоль стены, ушла в землю рядом. Поэтому молниезащита состоит из трех основных частей: молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Молниеприемник получает удар молнии, передает его токоотводу, а тот - заземлителю, который гасит разряд в толще грунта.
По сути своей молния - это огромная электрическая искра, которая проскакивает между небом и землей из-за того, что образовалась противоположная заряженность облаков и поверхности. Совсем как при коротком замыкании в электропроводке. Искра, разумеется, <пробивает> на том участке, где расстояние между <плюсом> и <минусом> короче. Поэтому молния, как правило, ударяет в отдельно стоящие объекты, которые поближе к небу, вроде высокого дерева или... вашего дома, Но есть у электричества природная любовь к металлу.
Если небесной искре предоставить выбор между стальным или деревянным столбом, при прочих равных условиях ее потянет <на железненькое>. Этот феномен, кстати, не совсем корректно используют в своих рекламных целях некоторые производители неметаллических кровельных материалов. На сайте одной очень известной компании мы встретили заявление, что ее крыши, дескать, не <притягивают молнии>, как крыши из продукции конкурентов. Внесем ясность. От удара молнии не спасет никакая крыша в этом мире, из чего бы ее ни сделали, если она не оборудована молниезащитой. И еще надо посмотреть, какой кровле придется легче. На фотографиях мы видели вековые (и совсем не железные) деревья, расколотые молнией пополам до самых корней.
Еще раз повторимся, чтобы избежать двусмысленности и спекуляций. Весь вопрос в том, чтобы направить молнию МИМО крыши, из чего бы она ни была построена. А вот система молниезащиты для каждого типа крыш, как утверждают специалисты Центра электромагнитной безопасности, созданного в 1994 году на базе Государственного научного центра Российской Федерации - Института биофизики Федерального управления медико-биологических и экстремальных проблем, действительно должна учитывать специфику кровельного материала.
В классическом виде конструкция молниеотвода выглядит следующим образом.
На самом высоком месте кровли устанавливают при помощи деревянных подпорок стальной стержень круглого сечения диаметром 12 мм. Его можно сделать и из стальной трубы, только обязательно с запаянным или закрытым металлической пробкой торцом. Это - молниеприемник. Он примет первый удар. Длина его может варьироваться от 200 до 1500 мм.но в любом случае площадь сечения обращенного в небо штыря должна составлять не менее 100 мм2.
От молниеприемника пойдет токоотвод -проволока с рекомендованной толщиной 6 мм. Ее нужно к молниеприемнику тщательно и надежно приварить: 200 тысяч ампер будут проходить через это соединение -не шутка.
Токоотвод спускают с крыши и, прикрепляя к стене дома скобами, доводят до земли и погружают в нее, где на глубине 1-2 м заложен заземлитель (опять же очень тщательно приваренный). В качестве заземлителя можно использовать кусок металлической трубы или лист стали. А если неохота копать, можно устроить заземлитель из забитого в землю стального прута. Только по ГОСТу его надо забить на глубину 2-3 метра.
Это теория. А теперь вернемся к практике и разным типам крыш.
1.Все виды металлической кровли. Для них идеальным вариантом является описанная выше классическая схема молниезащиты. Обратите внимание на то, что лучше прокладывать токоотвод по стене дома, противоположной входу, и закапывать заземлитель подальше от фундамента и различных садовых построек.
2.Шифер и тому подобное, включая дерево. Для таких крыш специалисты советуют иную систему. Вдоль <конька> кровли по всей длине протягивается металлический трос на двух деревянных подпорках, к нему припаивается токоотвод, спускается вдоль крыши, проходит по стене (можно провод пропустить в водосток) и уходит в землю. Токоотвод припаян к заземлителю из стального листа. Система должна располагаться также на расстоянии 3-5 метров от входа.
Все виды черепицы. Для защиты черепичных крыш специалисты советуют накинуть на кровлю сетку из стальной проволоки с шагом ячейки не более чем 6 х6 м, но и не особенно частой. Диаметр проволоки или троса для такой сетки должен быть приблизительно 6 мм. Все стыки проволоки пропаиваются. Затем к этой сетке присоединяется токоотвод, который заканчивается закопанной в землю стальной пластиной заземлителя.
Вот и достаточно для начала. Потому что дальше начинаются сложности. Мы описали простейшие системы молниезащиты для теоретических домов. На практике кровля современного коттеджа может быть украшена не только какими-нибудь флюгерами и флагштоками, но и телевизионными антеннами, устройствами спутниковой связи и прочими тянущимися высоко в небо железными побрякушками. А молния - дура! Ей все это слишком напоминает молниеотвод. Только куда этот НТВ+громоотвод заземлен? Правильно!
Буквально перед сдачей номера в печать нам позвонил представитель дружественной электротехнической компании. Из тех, которым никогда не заказывали системы молниезащиты для частных домов. Он с гордостью сообщил, что к ним сегодня наконец-то обратился важный клиент и заказал "такой крутой громоотвод, как только бывает>. Дело в том, что в 4-этажном коттедже клиента были в художественном беспорядке расставлены четыре плазменных телевизора стоимостью по 15000 долларов каждый. И все это было подключено к спутниковой тарелке. Стоял март месяц. Даже не <начало мая>. Весенний первый гром ударил в этом году раньше...
Грозозащита (молниезащита) зданий и сооружений – одно из основных направлений нашей деятельности. Мы в комплексе решаем проблему грозозащиты (молниезащиты) зданий, защищая дом и его обитателей от всех известных на данный момент поражающих факторов молнии (прямое попадание молнии в здание, вторичное проявление разряда, грозовые и коммутационные перенапряжения в сетях).
Системами молниезащиты мы серьезно занимаемся уже не более 3 лет и за это время смогли накопить уникальные для нашей страны знания и опыт в этой области. Исходя из особенностей в строительстве зданий, мы продолжаем накапливать ценный опыт в установке устройств грозозащиты (молниезащиты). До 80% наших сотрудников имеют высшее техническое образование, они прошли обучение в центрах МЧС и Энергонадзора, посещали различные семинары, связанные с проблематикой молниезащиты в нашей стране.
Многие люди порой ошибаются, думая, что смогут самостоятельно обезопасить свое жилище от удара молнии, установив например длинный штырь - громоотвод (молниеотвод) с заземлением. Но это лишь догадки и ошибки. Ведь они даже не подозревают, что не просто не улучшают ситуацию, а даже усугубляют. Ведь грозозащита (молниезащита) конкретного здания – это целая индивидуальная система, требующая специальных расчетов и подбора оборудования. А мнение, что молниезащита устанавливается для всех одинаково - ошибочно...
Мы работаем с ведущим мировым производителем комплектующих для установки систем молниезащиты (грозозащиты) DEHN
DEHN обладает 187 национальными и международными патентами. У DEHN нет как таковых стратегических областей. Компания ориентирована на потребителя и спрос. Сама компания не ведет проекты. Другое дело конечные потребители, нефтегазовые и энергетические компании, а также телекоммуникационные компании сами выбирают качество DEHN , которое считают самым высоким. >>
Все это позволяет обеспечивать высокий уровень качества проектирования и монтажных работ с учетом любых нюансов конкретного объекта. Специалисты нашей компании бесплатно проконсультируют Вас по всему спектру систем молниезащиты.
Спросите своих друзей, которые недавно построили загородный дом, защитили ли они его от молнии. 90% респондентов ответят "нет". Причина - незнание возможных последствий такого легкомыслия или типичное русское "авось". Меж тем молния страшна непредсказуемостью - одна из 2000 среднестатистических небесных искр может неожиданно попасть в ваш дом в эту самую секунду!
Различают первичные поражающие факторы молнии (в результате ее прямого попадания) - это пожар, разрушения, а также вторичные - занос наведенного потенциала, появление во внутренней сети источников потребления электростатической и электромагнитной индукции. Электростатическая индукция (наведение заряда противоположного знака на предметах, изолированных от земли) опасна разрядом на ближайшие заземленные предметы. Электромагнитная индукция появляется за те доли секунды, которые "живет" разряд молнии, и вызывает в металлических предметах электродвижущую силу разной величины. В местах, где контуры достаточно близки друг к другу, могут происходить электрические разряды. Оба вида индукции чреваты травматизмом, возникновением пожаров. Занос наведенного потенциала случается во время прямого удара молнии в металлокоммуникации здания (провода, водопровод, газопровод и т. п.). В итоге - искрение и возможный вывод из строя радиоэлектронной аппаратуры.
До изобретения молниеотвода (примерно 200 лет назад) единственным способом борьбы с молниями считали беспрерывный колокольный звон во время грозы. Итогами такой "борьбы" были разрушенные колокольни и погибшие звонари (400 колоколен и 120 звонарей только за 33 года и только в одной Германии). Сегодняшняя статистика гибели людей от разрядов молний не менее тревожна - более 100 человек погибают ежегодно только в США.
Человек, придумавший способ нейтрализации удара молнии с помощью громоотвода (правильнее - молниеотвода) был гражданином США, и звали его Бенджамин Франклин. Всего семь лет посвятил Франклин изучению электричества. Главным итогом этого увлечения и стал молниеотвод. За остальные годы своей многогранной творческой деятельности Франклин сумел создать карту течения Гольфстрим, изобрел экономичную печку, до сих пор распространенную в Америке и Франции, придумал уличные фонари и двойные очки для старческой дальнозоркости, да еще поработал в должности президента США (всем знаком его портрет на банкноте $ 100). Немало сил и времени Франклин потратил на нешуточную борьбу с мракобесами всех мастей за "внедрение" в широкую практику своих громоотводов.
Молния - это громадная искра, которая имеет сложную траекторию движения. Только 25-30% молний идут от облака к земле. Очень часто мы видим разряд молнии, прилетевшей откуда-то сбоку, и место ее зарождения может находиться в нескольких километрах от места попадания. Молнии порой напоминают причудливые корни гигантского растения. Это происходит оттого, что при разряде грозового облака сначала появляется так называемый лидер, который движется скачками, ионизируя воздух и прокладывая дорогу основному разряду. По проложенному лидером пути в своеобразной ионизированной воздушной трубке начинается движение электрических зарядов облака к земле. Естественно, что лидер пытается "нащупать" наиболее "проходимые" участки в толще воздуха, отсюда и "кустистость" многих молний. С земли навстречу лидеру из наиболее высоких точек устремляется встречный лидер, несущий заряды противоположного знака. В момент их соединения по замкнутому с землей каналу ионизированного воздуха и происходит разряд, появляется собственно молния. Причем, как правило, следует три разряда подряд, которые человеческий глаз воспринимает как один.
Нормы
Сегодня никому не приходит в голову бороться с громоотводами (ныне - молниеотводами), как это было, например, во Франции в 1780-1784 гг. Тогда по разные стороны "баррикад" оказались Робеспьер и Марат. Более того, сегодня установка системы молниезащиты - обязательная процедура при строительстве, по основным пунктам регламентированная ПУЭ (Правилами устройства электроустановок) и ГОСТами. Практическим документом, в котором расписаны все расчетные нормы и величины по устройству молниезащиты, является Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87). Эта инструкция практически в неизменном виде действует с 1987 г. и до сих пор остается единственным документом, определяющим конструкцию молниеотводов.
Жизнь, естественно, вносит в нормативные показатели свои коррективы. За прошедшее время изменились международные стандарты (МЭК), на которые так или иначе должны быть ориентированы и российские стандарты (в частности, ПУЭ - Правила устройства электроустановок). И они изменились, хотя и с ошибками (об этом ниже). А вот "подзаконный" документ - сама рабочая инструкция - остался неизменным!
Даже в рамках этой статьи можно было бы вкратце пересказать все основные нормативные требования инструкции по устройству системы молниезащиты, описать значения "толщин, глубин, высот" ее элементов. Но хотим отметить: к устройству молниезащиты современного дома, насыщенного электроникой, уже нельзя подходить упрощенно, по-дилетантски. Да, пока инструкция позволяет самостоятельное оснащение хозяином своего жилища молниезащитой, более того, для определенных районов система еще не требуется в обязательном порядке. "Обязательность" возникает (по нормам ПУЭ), лишь если для данной местности годовое число гроз - 20 и более. Зная число гроз, габариты здания, специалист в силах рассчитать вероятное количество попаданий в него молнии. На практике встречаются места с геологическими или иными аномалиями, куда молнии тянет как магнитом, и частоту возможного попадания молнии здесь рассчитать никак нельзя. Ведь молния - не артиллерийский снаряд, она действительно способна неоднократно попадать в одно и то же место.
2000 гроз, ежесекундно бушующих над поверхностью нашей планеты, несут не только разрушения. Оказывается, половина необходимых для земной флоры нитратов продуцируется именно молниями. И озоновый слой, защищающий всю земную флору и фауну (и нас как представителей этой фауны) от губительного ультрафиолета, - тоже продукт грозовых разрядов. Если молнии так полезны в планетарных масштабах и, по сути, являются необходимым условием существования жизни на планете, то второе изобретение Б. Франклина (аэростат с заземлением), позволяющее "плавно", без разрядов молний, "разрядить" грозовую тучу, оказывается ненужным и даже вредным. Человечество и так всегда будет благодарно Франклину за изобретение громоотвода.
Внешняя молниезащита
Что же такое молниеотвод, какие типы этих устройств существуют и почему молнии иногда попадают совсем не в молниеотвод?
Молниеотвод - это устройство из трех основных элементов: молниеприемника, который принимает разряд молнии; токоотвода, который должен направить принятый разряд в землю, и заземлителя, который отдает заряд земле.Молниеприемник может иметь вид металлического штыря (стержневой), натянутого вдоль конька крыши металлического троса или металлической сетки из арматуры с шагом ячеек обычно 6-12 м. Для защиты от прямого удара молнии как можно большей площади следует устанавливать молниеприемник на такую высоту, чтобы в зону защиты (это все, что вмещается в конус, высота которого определяется высотой молниеприемника, а диаметр основания равен тройному значению высоты) попадали выбранные объекты. Для таких молниеотводов используют достаточно высокие, стоящие рядом деревья или сооружают мачты. Но мачты не всем по карману, да и пейзаж они не облагораживают. Поэтому чаще всего применяют тросовые и сетчатые молниеприемники, причем для строений с неметаллической кровлей допустима упрощенная схема молниезащиты.
При грозовых разрядах в линиях могут возникать кратковременные импульсы больших энергий. Их длительность - от 1 микросекунды до 700 микросекунд и более. Величины напряжений этих импульсов от сотен вольт до десятков киловольт. Для коттеджных поселков с длиной линий электропередач в несколько сот метров наиболее вероятны импульсы напряжений до 6000 В с током до 3000 А. В линиях, находящихся внутри зданий, вероятные импульсы напряжений - до 6000 В, а сила тока - до 500 А. Основным (но не единственным) каналом попадания грозовой импульсной энергии в цепи питания является индуктивный канал, образуемый самим проводящим стволом молнии.
Попав в цепи питания (электропроводка на 220 В, цепи питания теленаблюдения и телекоммуникаций, пожарной автоматики и т. п.), импульс выходит на элементы и внутренние структуры оборудования, вызывая их поражение.
Простейшие устройства защиты в этом случае - грозоразрядники (газовые и четвертьволновые). Они способны ограничить напряжения в 10-30 кВ до 20-30 В. Но у них мала скорость срабатывания. Металлооксидные варисторы срабатывают быстрее, но величина остаточного напряжения у них может быть много выше допустимой. TVS-диоды - самые быстрые элементы защиты, но тоже име
т свои границы применимости: через них могут протекать токи не более 200 А.
Случаи применения упрощенных способов защиты от прямых ударов молнии
При наличии на расстоянии 3-10 м от строения деревьев, в 2 раза и более превышающих его высоту с учетом всех выступающих над кровлей элементов (дымовые трубы, антенны и т. д.), по стволу ближайшего дерева прокладывают токоотвод, верхний конец которого выступает над кроной дерева не менее чем на 0,2 м. У основания дерева токоотвод присоединяют к заземлителю.Если конек кровли соответствует наибольшей высоте постройки, над ним подвешивают тросовый молниеприемник, возвышающийся над коньком не менее чем на 0,25 м. Опорами для молниеприемника служат закрепленные на стенах строения деревянные планки. Токоотводы прокладывают с двух сторон по торцевым стенам строения и присоединяют к заземлителям. При длине строения менее 10 м токоотвод и заземлитель выполняются только с одной стороны.При наличии возвышающейся над всеми элементами кровли дымовой трубы над ней устанавливают стержневой молниеприемник высотой не менее 0,2 м, кладут по кровле и стене строения токоотвод, присоединяют его к заземлителю. При наличии металлической кровли ее хотя бы в одной точке присоединяют к заземлителю, при этом токоотводами служат наружные металлические лестницы, водостоки и т.д. К кровле присоединяют все выступающие над ней металлические предметы, например дефлекторы.Во всех случаях применяют молниеприемники и токоотводы диаметром от 6 мм, а в качестве заземлителя - один вертикальный или горизонтальный электрод длиной 2-3 м, диаметром от 10 мм, уложенный на глубине не менее 0,5 м. Допускают сварные и болтовые соединения элементов молниеотводов.
Зона защиты молниеотвода - пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной надежностью. Наименьшей надежностью обладает поверхность зоны защиты; в глубине она выше. Зона защиты типа "А" (в узком конусе) обладает надежностью от 99,5%, а типа "Б" (в широком конусе) - от 95% и выше.
Довольно часто можно слышать мнение, что металлическая кровля (например, металлочерепица) позволяет не заботиться о молниезащите. Очень опасное заблуждение! Поддерживают его в основном сами продавцы металлочерепицы. Металлическая кровля может выступать в качестве молниеприемника, но любой молниеприемник нужно заземлять, а значит, делать токоотводы (причем обязательно два, по противоположным углам здания) и заземление. Впрочем, от "серьезной" молнии такая защита не спасет, поскольку расчетная толщина листов крыши должна быть не менее 4 мм (а кто такую применяет?). Листы меньшей толщины молния просто прожигает. Если на крыше есть выступающие элементы (например, металлические дымовые трубы), на них монтируются молниеприемники, выступающие над верхним краем на 0,2 м и надежно присоединенные к металлу крыши. Еще раз напоминаем вам: здания с металлической кровлей обязательно нужно оборудовать системой молниезащиты.Что касается крыши именно из металлочерепицы, то здесь многое зависит от способа ее крепления к стропилам. Если стыкуемые листы имеют между собой электрическую связь, такая крыша в принципе может служить молниеприемником (если не учитывать ее толщины, которая явно меньше 4 мм). Гораздо надежнее все же оборудовать такую крышу обычным стержневым или тросовым молниеприемником и заземлять ее как обычную металлическую кровлю. Помимо "механических" молниеприемников существуют "физические". Возможность искусственно создавать столб ионизированного воздуха давно подсказала использование встречного лидера молнии в качестве своеобразного молниеприемника. Первые устройства для ионизации были основаны на применении радиоактивного изотопа. При подаче напряжения к такому устройству появлялся столб ионизированного воздуха, на который и замыкался лидер от грозовой тучи. Позже эти устройства трансформировались в безопасные молниеприемники, работающие уже не от радиоактивных изотопов, а с помощью электроники (PROTEL, Франция). Устройства оказались достаточно эффективными, есть опыт их применения в Москве. К несомненным достоинствам такихмолниеприемников можно отнести прекрасную возможность сохранить архитектурный облик строения, не искажая его видимыми дополнениями. Недостаток только один - относительно высокая цена (от $ 1000).Многие из нас наблюдали, как часто молнии разряжаются вблизи различных высоких объектов, не всегда попадая именно в них. Но немногие обращают внимание на то, что вблизи высоких объектов молнии наблюдаются несколько чаще, чем в других местах. Эта закономерность объясняется тем, что "встречный лидер" с высоких объектов как бы притягивает к себе лидеров из облака не только строго над своей вершиной, но и с периферийных частей тучи. Эти удаленные лидеры иногда "не в силах" замкнуться навстречный лидер от высокого объекта и в итоге все равно замыкаются на землю, но уже на встречные лидеры с других, менее высоких объектов. Получается, что любая мачта (например, сотовой связи) объективно притягивает в зону своего расположения большее число молний. Этот факт заставляет серьезно задумываться о безопасности проживания вблизи таких объектов. И уж о чем просто необходимо думать, имея подобного "соседа", так это о гарантированной молниезащите своего дома. Теперь самое время указать на ошибки отечественного ПУЭ. Европа раньше нас начала строить "общество потребления" и раньше озаботилась проблемой защиты имущества от вторичных поражающих факторов молнии. В последней редакции ПУЭ в соответствии с нормами МЭК изменен порядок заземления самого молниеотвода и всех электроустановок, находящихся в доме (раньше у молниеотвода было свое заземление, а у внутренней сети потребителей - свое). Сегодня предписывается объединять заземление молниеотвода и сети, но сохраняя и автономное заземление молниеотвода. В "нашем" ПЭУ об автономном заземлении молниеотвода как-то забыли. Иными словами, если от первичных поражающих факторов молниеотвод, сделанный в соответствии с инструкцией, защищает, то от вторичных может и не уберечь.
Прямой удар молнии - непосредственный контакт проводящего канала молнии со зданием или сооружением, сопровождающийся прохождением через него тока молнии. Вторичное проявление молнии - наведение потенциалов на металлических элементах конструкции, оборудования, в незамкнутых металлических контурах, вызванное близкими разрядами молнии и создающее опасность искрения внутри защищаемого объекта.
Здесь необходимо обратиться к первопричине возникновения такой ситуации. Все здания и сооружения защищаются от молнии по-разному. Эта разница зависит от их назначения. Объекты делятся с точки зрения молниезащиты на три категории. Первые две категории имеют максимально возможную степень защищенности (в том числе и от вторичных поражающих факторов молнии). Это объекты, в которых хранятся или перерабатываются взрывчатые вещества (в открытом или закупоренном виде). Все остальное (и наши дома тоже) относится к третьей категории. И по ныне действующим нормам, для зданий, оборудуемых по третьей категории, собственно защита от вторичных проявлений молнии не предусмотрена (речь идет об электромагнитной и электростатической индукции).
Заземление
В любом случае - как для "внешней", так и для "внутренней" молниезащиты - очень важна роль заземления. И об этом стоит поговорить подробнее. Вернемся к нашей инструкции. Она настоятельно рекомендует заземлять молниеотводы на арматуру фундамента дома или, если это невозможно, заглублять в землю штыри-электроды (кстати, заземлять на арматуру фундамента тоже можно не всегда, здесь есть свои ограничения: если фундамент гидроизолируется составами на эпоксидной основе или если влажность грунта меньше 3%). Электроды должны заглубляться так, чтобы достигать влажных слоев почвы. Но не везде и это возможно, особенно на скальных грунтах. Удельное сопротивление самой почвы тоже разное: скальные грунты имеют значение удельного сопротивления до 3000 Ом, а смешанный грунт - 150-200 Ом. Поэтому не все так просто с заземлением. В идеале его надо выполнять на основании измерений удельного сопротивления грунта, на котором стоит дом, и соответствующих расчетов для определения количества и поперечного сечения электродов, глубины их залегания в грунт. При большом удельном сопротивлении грунтов очень хорошо присоединять к заземляющему устройству проходящие поблизости водопроводные трубы, обсадные трубы артезианских колодцев или свинцовые оболочки кабелей.
Что касается скальных грунтов с их высоким удельным сопротивлением, то в них чисто практически почти невозможно сделать заземление. В этом случае специалисты предлагают большее внимание уделить именно системе выравнивания потенциалов. В итоге гораздо безопаснее во всей сети получить высокий потенциал, но без перепадов (выровненный), который уже не вызовет искрения и других неприятностей.
Удельное сопротивление становится важным при определении допустимых и безопасных расстояний между молниеотводом и защищаемым объектом. Речь идет о так называемом шаговом напряжении, которое в непосредственной близи с заземляющими электродами может быть очень значительным и опасным для жизни. Во время грозы не рекомендуется находиться ближе пяти метров от заземлителя молниеотвода, чтобы не попасть под действие шагового напряжения и напряжения прикосновения.
Многолетняя практика устройства молниезащиты сформировала усредненные требования к величинам сечений элементов молниезащиты. Например, поперечное сечение заземляющих электродов должно быть не меньше 50 мм2, при этом толщина полос, стенок труб или профильной стали должна быть не менее 4 мм. Защита от коррозии обеспечивается применением оцинкованной стали или меди. Покраска или покрытие заземляющих электродов битумом не допускается. Требования к величине заглубления электродов тоже обоснованны - в летнее время верхний слой земли часто пересыхает, что увеличивает сопротивление заземлителя.
Расчет сопротивления заземления важен хотя бы потому, что напряжение "пробоя" (короткого замыкания) начинается от величины в 300-500 кВ/м. Сила тока, протекающего по молниеотводу, в своем максимуме может достигать 200 000 А. Сопротивление же заземления нашего молниеотвода не должно превышать 10 Ом. В итоге напряжение, возникающее в молниеотводе, может достигнуть значительно большей величины, чем напряжение пробоя. При этом, в случае не совсем правильного заземления (такого, при котором ток как бы не успевает уходить в землю) или при опасном сближении самого молниеотвода с защищаемым объектом, произойдет пробой - ток будет "стараться" замкнуться на внутренние коммуникации дома (на электропроводку, трубы отопления и т. п.).Этот пример помогает понять, что все, конечно, можно делать по каким-то давно рассчитанным значениям толщин стержней, полос и т. п., но безопаснее осуществлять расчеты для данного конкретного случая и доверять профессионалам. Скажем, в НПФ "Электротехника: наука и практика", выросшей из "недр" Лаборатории молниезащиты МЭИ, такие расчеты делаются с применением специально разработанной компьютерной программы, которая учитывает все необходимые факторы - от интенсивности грозовой активности в заданном регионе и габаритных размеров объекта защиты до значения удельного сопротивления грунта и размеров применяемых элементов заземлителя.Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: устройство молниезащиты надо начинать с замеров и расчетов. Внутренняя молниезащитаПо нормам последней редакции ПУЭ, на объектах, к которым подходят воздушные линии электропередач, в обязательном порядке предписывается устанавливать как первую линию защиты - разрядники, так и вторую - ограничители напряжений. Это важно для гарантированной защиты электроники, находящейся внутри здания. Раньше полагались только на соединение крюков изоляторов, к которым подходят провода воздушных линий, с токоотводом.Если ваш дом насыщен электроникой, так называемой "внутренней грозозащите" следует уделять особое внимание. Для рядового домовладельца эта область электротехники весьма непроста, самостоятельно разобраться в особенностях различных устройств (а это именно ограничители напряжений и разрядники) сложно. Достаточно сказать, что ограничители напряжений по своему действию делятся на четыре группы, каждая из которых отвечает за свою ступень защиты (A, B, C и D). И эта защита начинается от опоры воздушной линии электропередачи и заканчивается на распределительном щите вашего дома. Ситуация усугубляется и тем, что нормативная база в этой области имеет свои недоработки - либо содержит устаревшие требования, либо рассматривает современные требования частично. Стоимость ограничителей напряжений зависит от типа, модели и фирмы-производителя и начинается с $ 1,5. ЗаключениеСтоимость системы молниезащиты в масштабах стоимости дома и имущества ничтожна. Тем более она ничтожна, если ее спроектировали на стадии проекта дома и изготовили на стадии строительства. Да и 7% сгоревших от удара молнии домов тоже аргумент. Задумаемся? Работы по молниезащите лучше начинать на стадии создания проекта. В этом случае архитектор и специалист по молниезащите смогут выдать на-гора уже сбалансированный проект, в который, как говорится, "все включено" - и архитектура дома сохранена, и молниеприемник органично в нее вписан, и все расчетные значения толщин, высот и площадей элементов молниезащиты зафиксированы в техдокументациии. Если по какой-либо причине все еще только предстоит, не ждите первых гроз в начале мая, ваш дом дорого стоит!
Как решают эту проблему в западном домостроении
Как полагают специалисты, в современном западном устройстве молниезащиты есть три принципиальных момента.
Вся сеть внутреннихэлектропотребителей и молниезащита закладываются в проект дома. То есть система молниезащиты - одна из составных частей этой сети, а не автономное образование.
Используются специализированные средства защиты от вторичных проявлений молний.
Предусматривается качественное, гарантированно надежное заземление молниеотвода. Причем именно заземление (в своем правильном исполнении) "снимает" большую часть негативного воздействия вторичных факторов.
В монолитных домах все участки цепи внутренних источников потребления заземляются на арматуру наружных стен, а через нее - на арматуру фундамента. Сама арматура также вся связана. В итоге получается большая металлическая клетка. Ключевым моментом здесь является именно связь молниеотвода со всей этой "клеткой" сверху донизу, на всех высотных уровнях. Даже если дом не бетонный (то есть не имеет внутренней арматуры), а кирпичный или деревянный, такую связь на всех высотных (этажных) уровнях нужно обеспечить. В этой конструкции "автоматически" происходит выравнивание потенциалов
КОНСТРУКЦИИ МОЛНИЕОТВОДОВ
3.1. Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов - с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузки. 3.2. Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться изстали любой марки, железобетона или дерева. 3.3. Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены изстали любой марки сечением не менее 100 мми длиной не менее 200 мм и предохранены от коррозии оцинкованием, лужением или покраской. Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм. 3.4. Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой, а при недопустимости огневых работ разрешается выполнение болтовых соединений с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом при обязательном ежегодном контроле последнего перед началом грозового сезона. 3.5. Токоотводы, соединяющие молниеприемники всех видов с заземлителями, следует выполнять из стали размерами не менее указанных в табл.2.
Таблица 2
Форма токоотвоодов и заземлителей
Снаружи здания на воздухе
В земле
Круглые токоотводы и перемычки диаметром, мм
6
-
Круглые вертикальные электроды диаметром, мм
-
10
Круглые горизонтальные* электроды диаметром, мм
-
10
Прямоугольные: сечением, мм
48
160
толщиной, мм
4
4
* Только для выравнивания потенциала внутри зданий и для прокладки наружных контуров на дне котлована по периметру здания.
3.6. При установке молниеотводов на защищаемом объекте и невозможности использования в качестве токоотводов металлических конструкций здания (см. п. 2.12) токоотводы должны быть проложены к заземлителям по наружным стенам здания кратчайшими путями. 3.7. Допускается использование любых конструкций железобетонных фундаментов зданий и сооружений (свайных, ленточных и т.п.) в качестве естественных заземлителеймолниезащиты (с учетом требований п.1.8). Допустимые размеры одиночных конструкций железобетонных фундаментов, используемых в качестве заземлителей, приведены в табл.3. 3.8. Рекомендуемые конструкции и размеры сосредоточенных искусственных заземлителей приведены в табл.3. При этом минимально допустимые сечения (диаметры) электродов искусственных заземлителей нормированы в табл. 2.
Таблица 2
Тип заземлителя
Эскиз
Применимые размеры
1
Железобетонный подножник
a не меньше 1,8 м b не меньше 0,4 м l не меньше 2,2 м
2
Железобетонная свая
d 0,25-04 м l не менее 5м
3
Стальной двухстержневой, полоса 40х4 мм, стержни d = 10 - 20 мм
t не менее 0,5 м l 3 - 5 c 3 - 5
4
Стальной трехстержневой, полоса 40х4 мм, стержни d = 10 - 20 мм
