Молниеотвод принцип работы

Согласно статистике, количество погибших от ударов молнии значительно превышает число жертв авиакатастроф. Молния ежегодно уносит более 3000 жизней и наносит материальный ущерб, составляющий несколько миллиардов долларов, а если говорить о России – то это сотни миллионов рублей. Действительно, гроза и ее спутница молния, несут в себе огромную опасность.

Каждый дачник знает, что никто другой не сможет обеспечить безопасность его имущества и близких ему людей лучше, чем он сам. Именно поэтому защиту от молнии лучше всего сделать своими руками. Тем более, что это не отнимет у вас много времени и сил.

Самодельные конструкции молниеотводов безотказно работают, что много раз уже проверено. Иногда их называют еще громоотводами. Гром, как известно, сам по себе никакого вреда нанести не может, так как кроме громкого шума, он ничего не совершает. А от резкого звука можно легко защититься, просто закрыв уши руками. А вот для того, чтобы обеспечить безопасность во время удара молнии необходимо приложить немного больше усилий.

Принцип работы молниеотвода

Перед тем, как начать делать молниеотвод, нужно разобраться в принципе его работы. Представим себе постоянно заряжающийся огромный конденсатор, а роль его обкладок будут играть земля и облака. Во время грозы обкладки конденсатора начинают очень интенсивно электризоваться относительно друг друга. А когда разница в напряжении становится равной напряжению пробоя между облаками и землей, то в этот самый момент и рождается разряд молнии, который достигает миллиардов вольт. Для того чтобы замкнуть конденсатор необходим проводник, с ролью которого прекрасно справляется молниеотвод. Таким образом, с его помощью происходит постоянное разряжение конденсатора и, соответственно, заряд на обкладках не накапливается. А напряжение в области молниеотвода понижается практически до нуля.

Говоря иначе, молниеотвод создает условия, при которых молния просто не может возникнуть. То есть, он не поглощает молнию, а отводит ее на себя, отсюда и название конструкции – молниеотвод.

Конечно же, полностью защитить от опасности поражения может только правильно устроенный молниеотвод. Здесь большое значение имеет правильно организованное заземление. Нередки случаи, когда молния ударяла в высокие металлические мачты, оснащенные, вроде бы, правильно организованным заземлением. Но, как известно, рыба ищет там, где глубже, человек – где лучше, а молния – где меньше сопротивление. Поэтому самым удобным вариантом для нее становится металлический провод, который находится просто в воздухе. Именно таким объектом является незаземленная мачта и запущенный или некачественно устроенный молниеотвод. И чтобы избежать возможных неприятностей начинать сооружение конструкции необходимо именно с заземления.

Заземление для молниеотвода

Что же такое правильное заземление и как его организовать? Лучше всего для этого использовать металлический предмет с максимально большой площадью, который необходимо закопать на максимально доступную глубину. В качестве заземления подойдет толстостенная труба или несколько уголков, скрепленных вместе в виде перевернутой буквы «Ш» и забитых в землю. Но следует помнить, что глубина, на которую закапывают или забивают в землю металлические предметы, должна быть не меньше двух метров. Прекрасным вариантом заземления может стать широкая арматурная сетка из проволоки, спинка металлической кровати, железная бочка или просто лист железа. Кстати, при закапывании бочки, можно совместить устройства септика из нее и заземления.

В жаркие и засушливые месяцы стоит дополнительно увлажнять участок с заземлением, так как сухая почва значительно уменьшает электропроводимость тока. Этот вопрос можно решить довольно просто. Достаточно подвести к этому месту слив воды с умывальника, расположенного на улице либо сток с крыши. А можно просто выливать время от времени на этот участок пару ведер воды. При помощи обычной соли или селитры также можно повысить электропроводность. Для этого каждые несколько лет в районе заземления проделывают углубления путем забивания толстого колышка или просверливания шурфика. В эти углубления засыпают соль или селитру. И не беспокойтесь о растениях, которые находятся вблизи, так как соль не попадает на поверхность грунта, а рассасывается вместе с грунтовыми водами на приличной глубине.

К молниеотводу от заземления необходимо провести провод, используя при этом самый короткий путь. Нужно взять достаточно надежный кабель или прочную проволоку максимального сечения. Отличным выходом станет алюминиевый витой провод, используемый на столбах. Провод необходимо изолировать при помощи гофрированного канала или трубки, а в качестве крепления использовать скобы из пластика или жести. Ведя кабель к молниеотводу, обратите особое внимание на то, чтобы он не соприкасался с любыми частями дома или другими постройками.

Как сделать молниеотвод своими руками?

Молниеотвод желательно выполнять из нержавеющего материала. Это может быть оцинкованный стальной уголок, полоса луженой жести, дюралевый профиль или сетка из оголенной медной проволоки. Проводник должен иметь достаточно большую площадь и сечение. В отличие от кабеля, который ведет к заземлению, молниеотвод ни в коем случае нельзя покрывать краской или изолировать каким-либо другим способом. Важным условием установки данной конструкции является обдувание его ветром, чтобы молниеотвод мог принять удар молнии на себя и перенаправить его в землю.

Чтобы представить себе принцип действия молниеотвода, необходимо представить, что он накрыт конусом, а их вершины при этом совпадают. Боковая поверхность воображаемого конуса наклонена к горизонтали под углом в 45°. Получается, молниеотвод защищает такую же поверхность, на какую он поднят. Соответственно, чтобы защитить максимально большую площадь от удара молнии, необходимо установить молниеотвод как можно выше. Исходя из этих представлений, и устанавливают молниеотводы, чтобы защитить как можно больше строений.

Очень удобно для размещения молниеотвода воспользоваться высоким деревом, которое растет возле дома. Чтобы не травмировать дерево, конструкцию на длинном шесте прикрепляют к нему синтетическими хомутами и поднимают на максимальную высоту, следя за тем, чтобы дачный дом оказался в пределах конуса.

При отсутствии дерева можно воспользоваться телевизионной антенной, расположенной на крыше. Металлическая и не покрытая краской, она и сама может стать молниеотводом, осталось только ее заземлить. А если антенна из дерева, то можно к ней присоединить три оголенных провода, при этом хотя бы один должен обдуваться ветром с одной из сторон, а этот провод заземлить.

Еще одним выходом, при отсутствии деревьев и антенны, станет печная труба. К ней прикрепляют трехметровый металлический штырь и заземляют его. Слабая труба может не выдержать сильных порывов ветра и повредиться. Но есть еще один способ.

Для начала устанавливают металлические или деревянные мачты на фронтонах дома, каждая по 2 метра высотой относительно конька. Между мачтами натягивают на изоляторах поволоку, которую заземляют. Таким образом, над строением получается защитный шалаш с полуконусами на торцах.

Обслуживание молниеотвода

Молниеотвод не требует особого ухода. Достаточно каждой весной проверять металлические соединения. Но можно и этого избежать. Чтобы облегчить себе задачу в дальнейшем, при устройстве громоотвода нужно тщательно выполнять все соединения. В качестве соединителей лучше всего использовать латунные или медные колодки, концы проводов при этом необходимо облудить припоем или защепить в специальных медных или алюминиевых контактах. А во время засушливых летних месяцев не следует забывать, что место заземления требует постоянной влажности.

Воспользовавшись данными советами, вы без особых усилий сможете соорудить качественный молниеотвод, который будет служить вам долгие годы, защищая от ударов молнии вас, ваших близких и все имущество в вашем доме и на дачном участке.

Молниеотвод для частного дома

Молниеотвод – специальное устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях для их защиты от ударов молнии. Нужно или нет делать молниеотводы, владельцы домов узнают только тогда, когда их строения сгорают из-за пожара, вызванного молнией. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд, только понимание физических законов позволит принимать оптимальное решение о монтаже на крыше дома молниеотвода.

Молниеотвод для частного дома

Куда чаще всего попадает молния

Очень интересный вопрос, имеет неожиданный ответ. Абсолютное большинство уверено, что молния всегда попадает в самое высокое здание, сооружение, дерево и т. д. Объяснение довольно простое – они ближе всех к тучам. Значит, высокий молниеотвод будет ловить все молнии и направлять их огромный электрический заряд в землю. На самом деле, в правильно смонтированный молниеотвод молния не должна попадать, именно для достижения таких результатов он и делается.

Молниеотвод защищает электропроводку дома

Почему ударяет молния? Во время трения между собой облаков образуются отрицательные заряды, в земле накапливаются положительные. При увеличении напряженности появляется так называемый ступенчатый лидер – относительно небольшой заряд, который двигается от облака к земле по пути наименьшего сопротивления. Приближаясь к земле, он изменяет направление и движется к тем участкам, где накоплено больше всего положительных ионов. Вывод – основной заряд идет не от облака к земле, а наоборот, от земли к облаку.

Куда и почему попадает молния?

1. Ствол дерева. Он влажный, поднимает положительные заряды высоко над землей и становится ближе к ступенчатому лидеру, двигающемуся от облака к земле.

   Молния ударила в дерево

2. В высокие здания, если у них накоплено большое количество зарядов с земли. Но такое явление встречается довольно редко и только у специфических строений.

   Удар молнии в крышу дома

Эта зависимость всем понятна. Но почему молния чаще всего попадет около водоемов и рек хотя они расположены очень низко, а поблизости есть более высокие сооружения? Так происходит потому, что в этих местах очень влажная почва, а она накапливает и проводит максимальное количество зарядов. Ступенчатый лидер направляется не к высокому зданию на сухой почве, а к низинному болоту с большим количеством ионов. Еще один фактор, влияющий на частоту попадания молнии – наличие в земле металла. Это может быть руда или иные токопроводящие образования.

Молниеотвод целесообразно монтировать на зданиях, если они имеют хотя бы одну из нижеперечисленных особенностей:

• располагаются на переувлажненных грунтах;
• дома построены в промышленных зонах с большими запасами полезных ископаемых;
• строения имеют металлические несущие каркасы, отлично подающие токи на верхние этажи сооружения.

Если здание располагается на переувлажненном грунте, стоит установить молниеотвод

Если ваш деревянный коттедж расположен на сухих песчаных грунтах, то вероятность попадания молнии фактически равняется нулю, никакой молниеотвод не нужен.

Вывод. Задача молниеотвода не притягивать (принимать) молнии, а наоборот, создавать условия, при которых их удар в данной местности станет минимально вероятен. Это значит, что конструкция не имеет молниеприемника, наоборот, у нее есть стержень для отвода зарядов земли. Поэтому правильное название молниеотвод, а не молниеприемник. Через молниеотвод заряд из земли уходит в атмосферу, напряжение значительно падает, на этом участке нет предпосылок для возникновения молнии.

Задача молниеотвода — исключить удар молнии в кровлю

Если вам встречаются неграмотные или откровенно рекламные статьи на эту тему, то не стоит терять время на их прочтение. Ни один молниеотвод не украшает крышу и фасад здания, кроме того, монтаж устройств стоит существенных денег. И последнее. Чем больше элементов имеет молниеотвод – тем выше вероятность, что во время их установки повредится герметичность кровельного покрытия.

Из каких элементов состоит молниеотвод

Цены на молниезащиту и заземление

Молниезащита и заземление

Вне зависимости от размеров, технических данных и места монтажа все конструкции состоят из общих элементов.

Конструкция молниеотводов

Советы по монтажу молниеотвода

Если после грамотного анализа данных об участке, на котором расположено строение, принимается решение о целесообразности монтажа молниеотвода, то к выполнению работ следует подготовиться.

Важно. Нужно делать только комплексную систему молниезащиты и заземления, лишь совместно эти мероприятия обеспечивают эффективность сооружения.

Шаг 1. Подсчитайте количество элементов, размеры здания, длину проводов и купите комплект оборудования.

Расчет молниеотвода

Расчет молниеотвода. Учебное электронное текстовое издание

Шаг 2. Закрепите на конек кровли держатели токоотвода.

Крепление держателя токоотвода

Они фиксируются металлическими регулируемыми скобами, сами держатели проводов пластиковые со специальными зажимами. Держатели поддеваются лапками к нижней части конька, а двумя винтами фиксируется выбранное положение.

Расстояние между элементами примерно один метр

Практический совет. Конкретную конструкцию держателей выбирайте в зависимости от геометрической формы конька. Они могут быть полукруглыми, треугольными широкими и узкими.

Шаг 3. Закрепите в держателях токоотвод.

Размещение токоотвода

Для этого следует использовать проволоку диаметром не менее 0,5 мм. Старайтесь ее максимально выравнивать, не допускайте касания металлом конька, токоотвод должен свободно висеть над кровлей.

Шаг 4. Загните концы проволоки под углом 45°.

Загиб окончаний токоотвода

Как утверждают производители, за счет этого значительно увеличивается площадь покрытия молниезащиты. Но это некорректное утверждение, выше в этой статье мы уже объясняли, что устройство не притягивает молнии, а наоборот, создает условия, чтобы они в этом месте не появлялись. Защитный эффект достигается за счет вывода ионов из земли во влажный воздух, во время дождя он имеет свойство проводить электрические заряды.

Шаг 5. После того как проволока установлена на коньке, следует приступать к монтажу держателей токоотвода под черепицу.

Установка держателей токоотвода под черепицу

В зависимости от пожеланий клиента компании выпускают несколько видов держателей: с прямым крючком, со скрученным крючком и со специальным металлическим держателем. Для того чтобы закрепить приспособления на обрешетке, следует аккуратно демонтировать черепицу. Сколько штук – зависит от ее размеров, но для большинства видов достаточно одной. Монтаж держателей на скатах – довольно сложные работы, надо все делать очень внимательно и со знанием дела.

Расстояние между элементами также примерно один метр

Практический совет. Настоятельно рекомендуется предусматривать установку молниеотвода еще на стадии проектирования дома. Тогда кронштейны (держатели) без проблем устанавливаются во время производства кровельных работ – намного проще, быстрее безопаснее и качественнее.

Шаг 6. Прикрутите к центральному коньковому токоотводу боковые, установленные на скатах. Для этого нужно пользоваться специальными металлическими зажимами.

Установка токоотвода в держатели

Фиксирование зажимами

Важно. Если для молниеотвода применяются не оцинкованная, а обыкновенная проволока, то места контактов следует обильно намазать густым солидолом. Он предотвратит окислительные процессы, сопротивление тока в месте соединения длительный период времени будет оставаться в пределах нормы.

Шаг 7. Установите специальные держатели на поверхность кирпичного дымохода.

Монтаж держателя молниеприемника

Эти элементы крепятся по принципу дюбелей. Вначале высверливаются отверстия в кладке, затем в них вставляются пластиковые элементы и только потом закручиваются металлические держатели. Все подсоединения проволоки выполняются лишь при помощи специальных зажимов.

Установка молниеприемника

Шаг 8. Закрепите на фасадные стены пластиковые держатели. Надо предусматривать самое незаметное место, желательно с обратной стороны здания. Расстояние между держателями примерно 1 м, способ крепления к стене зависит от материала ее изготовления. Имейте в виду, что контрольный зажим должен располагаться на высоте 70 см от уровня земли. К контрольному зажиму присоединяется плоская токоотводящая шина заземления.

Установка держателей

Расстояние между креплениями и варианты элемента

Закрепление токоотвода

Контрольный зажим

Для того чтобы максимально спрятать провода и улучшить внешний вид здания, рекомендуется проволоку проводить по системе водоотвода. Как это делается?

1. Установите держатель на желоб водостока. Он представляет собой изогнутую пластину шириной 3 см, один конец ее лежит на кровле крыши, а второй на краю желоба. Специальный верхний зажим фиксирует проволоку.
2. Закрепите хомуты-держатели на водосточных трубах. Прикручивать их следует у каждого поворота системы водоотвода, а сами держатели должны располагаться с одной стороны. Расстояние между элементами примерно один метр.
3. Установите токоотводы в хомуты, сильно зажмите их болтами.

Способ крепления токоотвода к водосточной системе

Держатель водосточных труб, крепление

На нашем сайте вы можете узнать не только о креплении молниезащитного оборудования, но и о порядке монтажа водосточной системы. Подробная информация в статье . Пошаговая инструкция и мастер-класс.

На этом монтаж наружной части молниезащиты закончен. Можно приступать к изготовлению заземления.

Монтаж металлической шины заземления

Именно от этого элемента зависит эффективность устройства, во время выполнения работ следует строго выполнять рекомендации электриков. Они должны рассчитать параметры заземления в зависимости от физических характеристик грунтов, глубины залегания грунтовых вод, размеров и назначения здания.

Шаг 1. Прокопайте траншею длиной примерно один метр и глубиной 50 см, в ней будет лежать шина заземления.

Траншея

Шаг 2. Присоедините к контрольному зажиму токоотводящую шину. Мы уже упоминали, что он располагается на высоте 70 см от земли. Токопроводящая шина – металлическая полоса шириной примерно 2 см и толщиной не менее 2 мм. Шина фиксируется при помощи специальных держателей. Они устанавливаются на фасадные стены и цоколь, способ крепления выбирается мастером на месте с учетом индивидуальных факторов фасадных стен здания.

Монтаж фасадного держателя для полосы

Цены на фасадные держатели

Фасадный держатель

Шаг 3. Согните полосу буквой «Г» и установите ее на дно предварительно выкопанной траншеи.

Монтаж полосы на глубину 0,5 метра

Шаг 4. После того как все подготовлено, можно ставить на место контрольно-измерительный колодец. Если его размеры превышают ширину траншеи, то ее придется немного расширить.

Установка контрольно-измерительного колодца

Шаг 5. Согласно прилагаемой производителем инструкции соберите комплект штырей заземлителя, наденьте на них муфты для присоединения дополнительных элементов.

Наименование элементов

Сборка элементов

Важно. Общая длина штырей заземления должна определяться электриком после замеров сопротивления грунтов.

Производители настоятельно рекомендуют во время сборки комплекта использовать электропроводящую смазку для защиты контактов от ржавчины и специальную ленту, предотвращающую коррозионные процессы на поверхностях штырей, засыпанных землей. Их следует очень плотно и аккуратно обмотать, наличие пропусков и перегибов запрещается.

Соединение комплекта штырей и насадки

Схема соединения

Шаг 6. Установите на заземления элементы штырь-полоса и прочно соедините их.

Сборка штырей

Погружение на расчетную глубину

Установка зажима прута

Монтажные работы завершены, необходимо выполнить обязательные испытания – электрик должен специальным прибором проверить параметры сопротивления и написать акт об их соответствии расчетным значениям. Только такой молниеотвод станет гарантией, что молния не будет попадать на участок около коттеджа.

Монтажные работы завершены

Застройщики должны знать, что чем больше вокруг здания точек заземления, тем надежнее защита. Ступенчатый лидер молнии начинает корректировать траекторию своего движения на высоте нескольких сотен метров. Он реагирует главным образом на силу электрического поля, высота молниеотвода на его поведение оказывает минимальное влияние, конкретное место удара молнии зависит от количества положительно заряженных ионов в земле. Именно они создают напряжение между зарядами, а здесь уже есть прямая связь между числом, фактическим расположением на местности и правильностью изготовления точек заземления.

Цены на популярные модели перфораторов

Перфораторы

Заключение

Заземление – главный элемент молниеотвода. Оптимальный вариант закопать металлическую плиту площадью не менее 2 м2 и толщиной 1 см на глубину 1,5–2,0 м. Использование металлических прутков намного уменьшает эффективность конструкции.

Но есть еще одна проблема – многие забивают в землю не несколько соединенных между собой металлических штырей, а только один. Если заземление выполнено небрежно, металлический пруток один, забит в сухом месте и недостаточно глубоко, то эффективность даже самой дорогой и сложной конструкции на крыше равняется нулю.

Правильное заземление

Монтировать молниеотвод рекомендуется только тогда, когда есть полная уверенность в такой необходимости. Выполнять все работы следует с безусловным соблюдением требований нормативных документов.

Частный дом и загородные дачи нередко расположены на открытом пространстве, где единственным возвышением выступают сами постройки. Из-за чего во время грозового периода возникает существенная угроза попадания молний в здания. Такая ситуация угрожает не только поражением электротоком всем находящимся в нем людям, но и возможностью возгорания, которая приведет к пожару и существенной порче имущества. Так как никто не может предвидеть место попадания разряда, наиболее эффективным способом предотвращения его негативных последствий является громоотвод.

Именно поэтому для большинства владельцев частных домов и дачных участков актуально устанавливать громоотвод своими руками. Исключением могут быть постройки расположенные в низине, крыша которых находится ниже верхней точки грунта или попадающие в зону защиты соседней постройки и ее молниеотвода.

Устройство и принцип работы типового 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.

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.

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.

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

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.

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.

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?

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

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

Как рассчитать тросовый громоотвод?

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.

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

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.

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. 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. 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. 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. Рис. 14: установите кронштейны
• Закрепите проволоку в кронштейнах, фиксируется при помощи болтовых соединений или зажимов. Рис. 15: закрепите проволоку в кронштейнах
• Длину молниеприемника отрезайте с запасом, а лишние отрезки загибаются вверх по краям крыши. 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.

Как устроен молниеотвод

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

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

История молниеотвода

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

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

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

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

Части конструкции

В принципе, устройство любого молниеотвода подразумевает наличие трех составляющих.

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

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

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

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

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

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

Виды

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

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

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

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

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

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

Монтаж молниеприемника

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

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

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

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

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

Токоотвод и заземлитель

Токопровод (токоотвод) это не менее важный элемент молниеотвода, чем молниеприемник или заземляющее устройство. Если молниеприемник должен иметь площадь поперечного сечения, равную 100 мм2 (пруток диаметром 12 мм), токоотвод, не испытывающий термической и ударной нагрузки, не может иметь диаметр менее 6 мм (ПУЭ).

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

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

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

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

Зоны защиты

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

где h – высота молниеотвода; h0 – некоторая высота (обычно уровень крыши); rx – диаметр основания конуса на высоте h0.

Определившись с условными габаритами, можно использовать формулу:

h = (rx + 1,63hx)/1,5

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

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

Расчет двойного стержня

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

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

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

• при h < 120 м h = hоп – 2;
• при h < 150 м h = hоп – 3;

где hоп – высота опоры.

Тогда для зоны на уровне земли принимаются габариты:

h0 = 0,85h; r0 = (1,35 – 0,0025h)h; rx = (1,35 — 0,0025h)(h — hx/0,85).

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

h0 = 0,92h; r0 = 1,7h; rx = (h — hx/0,92).

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

h = (rx + 1,85hx)/1,7.

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

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

Деление молниеотводов на виды

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

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

Из чего состоит устройство

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

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

Молниеприемник — часть конструкции молниеотвода, непосредственно принимающая на себя удар молнии. Всегда выполняется из металла с высокой проводимостью и стойкостью к разрушению от погодных условий. Материалом для молниеприёмников может служить нержавеющая или оцинкованная сталь, алюминий или медь.

Токоотвод — часть конструкции молниеотвода, которая непосредственно сбрасывает (спускает) принятый электрический заряд в заземлитель, непосредственно связанный с землей. Поэтому иное название токоотвода — спуск. Также выполняется из металла.

Заземлитель — металлический проводник, погруженный в землю. Может выполняться в разных видах, от вкопанной в почву шины до железобетонной сваи, роль проводников в которой выполняет стальной каркас.

Разновидности

Виды молниеотводов, а точнее — систем молниезащиты классифицируются по трем категориям, каждая из которых применяется в строго оговоренных случаях. Но прежде чем говорить о категориях, разберемся с применяемыми типами молниезащиты.

Принципиально молниезащита любого вида, кроме активной, основанной на ранней стриммерной эмиссии (о ней отдельный разговор), действует одинаково. Молния бьет в молниеприемник, спускается по токоотводу и уходит в землю, при этом нивелируются и другие опасные эффекты, связанные с появлением напряжения на металлических частях здания, искрение вследствие электростатической и электромагнитной индукции.

С конструктивной точки зрения виды молниеотводов различаются по:

1. типологии молниеприемников;
2. типу спусков;
3. типу заземлителей.

Молниеприемник может быть выполнен в виде сетки с определенным шагом между ячейками (шаг зависит от категории), в виде стержня или троса. Также в особых случаях для улавливания молний может служить покрытие крыши здания, если оно выполнено из стали толщиной не менее 4 мм, меди — не менее 5 мм либо алюминия — не менее 7 мм.

Иногда молниеприемником могут служить трубы — дымовые и выхлопные, и другие металлоконструкции большой высоты. Опорой для тросового или стержневого молниеприемника может служить близко расположенное дерево.

В роли токоотводов может выступать арматура железобетонных конструкций, а также пожарные лестницы, лифтовые направляющие либо специально проложенные металлические шины. С молниеприемником они соединяются сварным или болтовым способом (последний — только для III категории защиты).

Тип применяемого заземлителя каждого молниеотвода зависит от категории всей системы, а также от электрического сопротивления почвогрунта на конкретном участке (у песка, чернозема, глины разные показатели сопротивления).

В грунтах со слабым сопротивлением в его роли может выступать железобетонный фундамент здания, в других случаях это могут быть вертикальные, горизонтальные, кольцевые сооружения из меди либо стали, помещаемые в землю на определенной глубине.

Категории

Существует 3 категории молниезащиты, рассчитанные на применение в различных условиях. Они соответствуют классам пожаро- и взрывобезопасности.

Первая категория

Так, I категория — наивысшая, она применяется для защиты от молний взрывоопасных и легко воспламеняющихся объектов. Соответствует классу пожаро- и взрывобезопасности B-I и B-II. Она защищает объект от прямого удара молнии, от воспламенения и взрыва в результате искрения, вызванного явлением индукции (электромагнитной и электростатической), а также от переноса потенциалов на металлические части здания, то есть появления на металлоконструкциях опасного напряжения.

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

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

Вторая категория

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

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

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

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

Третья категория

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

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

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

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

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

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

Документация

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

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

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