Молниезащита и заземление - важные элементы частного дома. Ведь защищенность от молний позволяет не только предотвратить утрату имущества, но также сохраняет жизнь и здоровье обитателей жилища.

Природа молний

Облака - это сгусток капелек воды и водяного пара, находящиеся в небе. Большие размеры облаков обуславливают их расположение в различных температурных зонах. Поэтому температуры в разных слоях облаков могут разниться на 20-30 градусов. К примеру, в то время как в нижнем слое облака температура может составлять -10 °С, в верхнем слое она может быть ниже -40 °С. При этом вода и пар превращаются в очень маленькие кусочки льда. Из-за контактов между кристаллами возникает статическое электричество. Поскольку температуры в разных слоях облака различаются, электрические заряды также неодинаковы, и поэтому облако напоминает слоеный пирог.

Накопленная облаками сила тока огромна. Однако электричество раньше или позднее сбрасывается вовне в виде молний, которые, по сути, представляют собой короткие замыкания между проводниками разной полярности.

Молнии сопровождаются грохотом, то есть громом. Раскатистый гром возникает в результате мгновенного проникновения накаленного ствола молнии сквозь массы воздуха.

Существуют три типа молний:

• с направленностью к верхним атмосферным слоям;
• разряжающиеся внутри слоев с разными зарядами - в одном облаке или между облаками-соседями;
• с направленностью к земной поверхности.

Поскольку электричество всегда избирает самый краткий путь, молнии наносят удары по самой высокой части строений и деревьев. Последние являются природными молниеотводами.

Что такое молниеотвод

Молниеотвод - приспособление, через которое электричество отводится к земле, минуя охраняемые объект. Молниеотвод всегда находится выше уровня охраняемого объекта. Молниезащитное устройство является электропроводником и как бы провоцирует молнию ударить именно по нему. Таким образом, короткое замыкание между облаком и земной поверхностью происходит не в неожиданном месте, а именно там, где оно будет нейтрализовано молниезащитой.

Существует два вида молниезащитных устройств:

1. Одиночные молниеотводы.
2. Тросовые молниеотводы, которые представляют из себя несколько тросов, растянутых между отдельными молниеприемниками. Такой способ защиты от молний характерен, прежде всего, для высоковольтных ЛЭП. В быту подобные системы используется для защиты больших территорий, где трос натягивается по периметру участка, либо для охраны протяженных зданий.

Компоненты молниезащиты

Молниезащита включает:

• молниеприемник, который представляет собой тонкий электрод с острой оконечностью (монтируется выше защищаемого строения);
• токоотводящий кабель, по которому ток уводится к заземлению;
• система заземления.

Молниеприемник

Эта часть, как уже говорилось выше, предназначена для приема разряда молнии. Оптимальный материал для изготовления молниеприемника (так же как и заземлителя) - медь.

Обратите внимание! Не допускается покрытие молниеприемника лакокрасочными материалами, потому что в этом случае устройство не сможет выполнять свою функцию.

Чтобы организовать молниезащиту на кровле здания, можно установить с разных сторон крыши и по центру небольшие молниеприемники, длинной от полуметра до метра. После этого их нужно объединить в единую систему и соединить с заземлителем.

Также молниеприемник можно установить на кровле деревянного здания, на печной трубе или рядом стоящим деревом. Устройство помещается на деревянную мачту. Если дом имеет металлическое покрытие кровли, может хватить непосредственного заземления крыши.

Обратите внимание! Чем выше расположен токоприемник, тем больше защищенная территория. Однако это правило действует приблизительно до 15 метровой высоты. На большей высоте эффективность устройства уменьшается.

Токоотвод

Для создания токоотвода понадобится медный или алюминиевый кабель как можно большего сечения. Оптимальным решением станет обычный витой провод из алюминия, применяемый при монтаже воздушных линий электропередачи. Одним концом провод прикрепляется к молниеприемнику с помощью муфт, обжимных труб или клемм, другим концом - к заземлителю. Провод должен располагаться строго по вертикали, дабы использовать минимальное расстояние между заземлителем и молниеприемником. Токоотводящий кабель можно заизолировать или проложить его по специально созданному каналу.

Заземление частного дома

Правильно выполненное заземление - основа эффективной молниезащиты здания. Существует распространенное мнение, что для обустройства заземления достаточно стального прута, соединенного проволокой с молниеприемником и вставленного в грунт. Это суждение неверно и сделанная таким образом молниезащита не защитит от ударов стихии.

Инструкция по устройству сетей заземления и молниезащите предполагает четкое соблюдение ряда рекомендаций. Установка заземлителей осуществляется по тому же принципу, что и контур заземления здания. Лучшие материалы для цели молниезащиты - алюминий, латунь, медь и другие нержавеющие металлы. Однако эти материалы довольно недешевые, поэтому допустимо применять и сталь. Согласно техническим регламентам (СНИП) по эксплуатации электрическими установками и токопроводящими частями, заземлители необходимо ежегодно тестировать на наличие механических повреждений и коррозии. Если диаметр элементов системы сократился более чем наполовину, необходима их обязательная замена.

Также понадобится не один, а несколько металлических прутьев, воткнутых в грунт. При этом, хотя количество прутьев является расчетной величиной, принято считать, что для одноэтажного или двухэтажного дома достаточно 3-4 прутьев. Длина прутьев должна превышать приблизительно на 30 сантиметров глубину максимального промерзания грунта.

Прутья стыкуются электропроводником, обычно проволокой из алюминия, меди, либо луженной стальной пластинкой. Так создается замкнутый контур. Внешне конструкция будет напоминать букву «Ш», вкопанную в грунт.

Обратите внимание! Не допускается связывание прутьев проволоки ручным способом или плоскогубцами. Этого нельзя делать даже в бытовом заземлении, а тем более в молниезащитной системе.

Соединения должны создаваться с помощью сварки, с применением обжимных гильз или жесткому скручиванию, то есть методом холодного сваривания деталей. Подобные соединения отличаются надежностью, они не подвержены люфтам и не ослабевают со временем. Собранная конструкция будет выглядеть приблизительно следующим образом.

Важно! Заземление для молниеотвода необходимо с контуром . Для этого контур молниезащиты соединяется с контуром заземления здания.

Стыкуются контуры стальной полосой. В результате выполненной работы общий контур усиливается, что положительно сказывается на безопасности здания.

Расположение заземлителя

Как токоотвод, так и заземлитель должны располагаться в месте, в которое невозможен доступ детей и домашних животных. Заземлителем может быть любой крупный объект из металла, при этом, чем большая у него площадь касания с поверхностью, тем он эффективнее. Как заземлители могут быть использованы сетка из арматуры, чугунная ванна, стальные детали кровати и т.п.

Вода - отличный проводник электричества. Исходя из этого, заземлитель нужно устанавливать там, где влажная земля. Можно искусственно увлажнять район заземления, например, направив туда сток воды с кровли здания.

Обратите внимание! В домах с водопроводом и централизованной отопительной системой, а также в зданиях, подключенных к подземным электросетям, заземление уже есть в наличии. Поэтому такие объекты не нуждаются в установке дополнительных молниеотводов.

Защитная зона молниеотвода

Чтобы рассчитать защитную зону, можно использовать правило, согласно которому эта зона близка к конусоподобной форме с 45-градусным углом на вершине. Если речь идет об одиночном тросовом молниеотводе, зона защиты похожа на призму с тремя гранями, где ребром выступает трос. Вероятность прямого попадания молнии в таких зонах составляет не более 1%. Таким образом, если молниеприемник находится, например на 10-метровой высоте, защитная зона на земле также будет иметь 10-метровый диаметр.

Существует еще один способ вычисления защитной зоны. Здесь применяется формула R = 1,732 h, где R – диаметр защитной зоны над наивысшей точкой здания, h – высота от высочайшей точки строения до пика молниеотвода.

Вычисление зоны защиты

Таким образом, если высота дома равна 7 метрам, а верхняя оконечность молниеотвода находится на 3 метра сверху высочайшей точки кровли, диаметр защитной зоны составит 5 метров 20 сантиметров. В итоге получается конус с диаметром у основания - 9 метров и 10-метровой высотой.

Приемка молниезащитных систем в эксплуатацию

Устройства защиты от молний для строительных объектов проходят приемку специальной комиссией и сдаются в эксплуатацию владельцу здания до начала установки в помещениях ценного имущества. Состав комиссии по приемке устанавливается заказчиком объекта. Комиссия по приемке состоит из специалистов следующих направлений:

• электрическое хозяйство;
• подрядчик;
• противопожарная инспекция;

Комиссии по приемке предоставляется такая документация:

• утвержденные проекты создания защиты от молний;
• акты на выполнение скрытых работ (установка токоотводов и заземлителей, которые недоступны для визуального контроля);
• акты тестирования молниезащитных устройств от вторичных воздействий молнии и попадания высоких потенциалов через коммуникации из металла (информация по сопротивлению заземления для молниезащиты, результаты мониторинга работ по установке устройств).

Комиссия по приемке проверяет произведенные установочные работы по обустройству молниезащитных систем.

Приемка устройств защиты от молний в новостройках проводится с использованием актов приемки оборудования. Пуск молниезащитных устройств производится после подписания актов-допусков соответствующих надзорных и контролирующих органов государства.

По окончанию приемки выдаются паспорта для систем защиты от молний и паспорта заземлителей, которые находятся у владельца здания или ответственного за электрическое хозяйство.

Природные молниеотводы

Разные деревья по-разному справляются с функцией отвода молний. Наиболее подходящие деревья: береза, ель и сосна. Однако в населенных пунктах для целей молниеотвода более применима береза, а вот хвойные стараются не сажать в непосредственной близости от зданий, поскольку их древесина более хрупкая.

Перечисленные породы деревьев имеют преимущества над некоторыми другими видами благодаря их корневой системе. Наилучшим заземлением обладают деревья с максимально разветвленной корневой системой, находящейся неглубоко в земле. Лучше всего, если корни таких деревьев частично расположены на поверхности грунта и веерообразно расходятся в стороны. При попадании в дерево, электрический заряд моментально достигает корневой системы и уходит в землю.

Важно! Во время грозы следует избегать деревьев, поскольку в этом случае вероятность поражения молнией значительно возрастает.

Создание устройства защиты от молний не отличается высокой сложностью, но требует базового понимания физических законов и соблюдения технических регламентов. Если же нет уверенности в собственных силах, лучше обратиться за помощью к специалистам.

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.

К ней предъявляются особо жесткие требования. Нормируются все расстояния - от молниеотводов до защищаемого объекта, 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 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.

Молниеприемник - часть молниеотвода(громоотвода).

(Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. CO-153-34.21.122-2003)

Молниеотвод (громоотвод ) - конструкция, устанавливаемая на зданиях и сооружениях и служащая для защиты от удара молнии.

Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

Заземлитель для молниеприемника.

Основополагающим Правилом для заземления является глава ПУЭ 1.7.
Производя монтаж заземления(искусственных заземлителей) для молниеприемника/ков, следует ДОПОЛНИТЕЛЬНО руководствоваться молниезащитой I-II-III категории - РД 34.21.122-87.
В которй прописаны допустимые конструктивные особенности - минимальное количество, расположение и длина вертивальных и горизонтального заземлителей.
Например, при наличии защиты(III категории) от молний в частном доме, придется установить, как минимум два вертикальных заземлителя длиной не менее 3м, разнесённых на расстояние не менее 5 метров и соединённых между собой горизонтальным проводником вместе с заземлителем электроустановки.
Если простыми словами - в загородном доме у электропроводки и молниезащиты должно быть общее заземление, состоящее не менее чем из двух вертикальных электродов.

Некоторые пункты из инструкции III категории - РД 34.21.122-87:

• 2.26....каждый токоотвод от стержневых и тросовых молниеприемников должен быть присоединен к заземлителю, состоящему минимум из двух вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м;
  ...Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки, указанным в гл. 1.7 ПУЭ
• 2.30. б) ..... При длине строения менее 10 м токоотвод и заземлитель могут быть выполнены только с одной стороны;

Требования для молниеприемников(CO-153-34.21.122-2003).

3.2.1.1. Общие соображения
Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо
их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта в последнем
случае они называются естественными молниеприемниками.
Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов:
стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники
Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как
естественные молниеприемники:
а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что: электрическая
непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;
толщина металла кровли составляет не менее значения t, приведенного в табл. 3.2, если
необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;
толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от
повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих
материалов;
кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной
краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не
считается изоляцией;
неметаллические покрытия на/или под металлической кровлей не выходят за пределы
защищаемого объекта;
б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная
арматура);
в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю
крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных
молниеприемников;
г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла
толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к
опасным или недопустимым последствиям;
д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не
менее значения t, приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней
стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Молниеприемник - минимальные сечения:

Таблица 3.2 Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих
функции естественного молниепрнемннка

Внимание.
Приведенные ниже схемы являются иллюстрацией и не могут без предварительного анализа реальных требований и расчетов использоваться при монтаже:

Молниеприемник укреплен над домом на верхушке специальной мачты или на элементе конструкции крыши (трубе, фронтоне и т. п.), конец пики молниеприемника работает тем эффективнее, чем он острее заточен. Однако слишком тонкое острие при ударе молнии может оплавиться, да и стойкость его к атмосферному воздействию невелика - быстро проржавеет. Поэтому приходится идти на компромисс и делать конец достаточно тонким, но и долговечным.

Применяющиеся на практике варианты оформления рабочего конца молниеприемника показаны на рис.
Возникает законный вопрос - а где гарантия того, что молния ударит именно в молниеотвод(громоотвод), а не рядом, в здание? Если мысленно представить себе конус с вершиной на острие молниеприемника и с углом при вершине примерно 90°, то все, что оказалось внутри конуса, находится под защитой молниеотвода(громоотвод) .

Приближенно можно считать, что если поперечник дома вписывается в окружность радиуса R, то молние-приемник должен возвышаться над стенами дома на высоту h(м) = R(m), а значит, от земли - на высоту Н = h + h o .Так, для квадратного сруба 10 х 10 м поперечник дома составит около 14 м, радиус зоны защиты R = 7 м.

Теперь о крыше. Если она вся помещена в конус, то проблемы нет. Но если, скажем, крыша двускатная, ее фронтоны не впишутся в защитный конус.

Можно бы поднять молниеприемник повыше, но это слишком лобовое, пораженческое решение. Лучше проблему обойти. Например, если поставить два молниеотвода(громоотвод), их конусы охватят всю крышу. Кстати, для длинного узкого дома это тоже хорошее решение: оно позволит уменьшить высоту конструкции по сравнению со случаем одной мачты. Можно создать отдельную защиту углов крыши маленькими молниеотводами(громоотвод). Вообще говоря, металлическая крыша сама может служить молниеприемником(CO-153-34.21.122-2003. - 3.2.1.2. Естественные молниеприемники). Если использовать ее в этом качестве(с учетом требований - 3.2.1.2.Естественные молниеприемники), то необходимо оба ската соединить томоотводами с заземлителями.

Стоит серьезно подойти к вопросы молниезащиты и заземления. В этой статье мы сделаем акцент на важные вещи в молниезащите вашего дома. Прежде чем приступать к монтажу, нужно изучить устройство молниезащиты. Нами была описана простейшая, а также проверенная система молниезащиты частных домиков. И, пусть сегодня для частных зданий молниезащита проектами электроснабжения не предусматривается (при сдаче дома в эксплуатацию наличие ее не обязательно), каждым владельцем принимается самостоятельное решение о целесообразности установки молниезащиты.

Спокон веков люди с боязнью относились к грозе. А ее спутники гром и молния наводили ужас. И это было правильно, потому что молния несла в себе достаточно большую опасность. Статистика вещь точная, она говорит о том, что в мире от удара молнии погибает более 3000 человек. А если исчислять материальные потери, то цифра будет зашкаливать за несколько миллиардов долларов. Но спастись от удара молнии еще научились наши далекие предки, которые придумали молниеотвод.

В настоящее время современные архитекторы не пренебрегают этим очень необходимым элементом дома. А дачнику сам бог велел установить молниеотвод для защиты жильцов и имущества. В разговорной речи молниеотвод называют громоотводом, неверная интерпретация этого устройства, но мы не будем претендовать на роль судьи. Система молниеотвода разработана давно и прекрасно работает до сих пор.

Суть работы молниеотвода - молниезащита

Суть работы молниеотвода заключается в следующем.

• При грозе между грозовыми наэлектризованными облаками и землей возникает разряд, как между обкладками конденсатора.

• Но молниеотвод не является в этой ситуации проводником электрического тока, он не берет молнию на себя и отводит ее.

Это возможно, только по одному принципу, большой природный конденсатор не накапливает заряд на обкладках, он постоянно находится в стадии зарядки.

• Поэтому напряжении на молниеотводе равна нулю.

Итог вышесказанного: молниеотвод - это не проводник и барьер от молнии, при молниеотводе молния не может возникнуть. Все именно так при одном условии, если молниеотвод смонтирован правильно.

Можно привести большое количество случаев, когда высокие молниеотводы в виде мачт «ловили» молнию.

Электрический ток - это движение электродов, именно движение. А, как известно из физики, любое движение идет по наименьшему сопротивлению, будь-то электричество, вода или газ.

Что такое незаземленный молниеотвод? Это просто подвешенный в воздухе кусок проволоки. А это достаточно, для того чтобы молния прошла по нему. Теперь вы понимаете, что заземление в молниеотводе считается главным элементом.

Заземление - это..

Вообще заземление - это простой металлический предмет, лучше всего большой площади и закопанный на большую глубину.

Металлическим предметом для заземления может выступать труба или уголок. Иногда изготавливают специальную конструкцию из нескольких уголков в виде перевернутой буквы «Ш».

Глубина закапывания заземления не должна быть меньше двух метров. Но труба и уголок не имеют большую площадь, поэтому рекомендуется укладывать другие предметы.

Например, бочка, спинка от металлической старой кровати, толстый металлический лист, сетка из толстой проволоки или арматуры.

Сезонная пора вносит свои коррективы в обслуживание громоотвода. Летом сухой грунт непременно необходимо увлажнять, так как электропроводимость и сухая почва не дружат.

Обычно для подобных целей к земле, на который заземлен громоотвод, делают сток, по которому идет вода с крыш или устраивают в этом районе сливной умывальник, или сливают туда вручную небольшое количество воды. Если место для громоотвода уже несколько продолжительных лет служит верой и правдой, его необходимо «подкармливать».

Монтаж молниезащиты

Делать это просто:

• в земле делают несколько дырочек, которые высверливаются на поверхности,
• в них засыпают техническую соль или селитру.

Не нужно опасаться того, что такая процедура может навредить зеленым посадкам. Соль быстро рассосется и проникнет глубоко в землю, устремляясь к грунтовым водам. Именно соль способствует увеличению электропроводимости и хорошему функционированию громоотвода.

Устройство заземления

• Заземление обеспечивается при помощи кабеля или толстого провода.
• Если вы выбираете для заземления кабель, то возьмите такой, у которого самое большое сечение.

Вам повезет, если в руки попадется витой провод из алюминия. Он прекрасно справиться со своей задачей, только при условии его полной изоляции, которая убережет все имеющиеся постройки. Такой кабель крепится при помощи жестяных или пластиковых скоб.

Устройство молниеотвода

Молниеотвод должен быть оголенным и не окисляться, то есть не подвергаться коррозии. Поэтому его делают из цветных металлов:

1. медь,
2. алюминий,
3. дюралюминий,
4. оцинкованная сталь.

Большое сечение заземления обязательно, поэтому для его изготовления используют всевозможные профили, полосы или большое количество смешанной проволоки. Предпочтение отдается луженым изделиям, а не покрытых лаком. Ни в коем случае нельзя изолировать или красить молниеотвод.

Специалисты утверждают, что молниеотвод защищает территорию, попадающую в гипотетический конус, с вершиной на конце молниеотвода и боковыми поверхностями под углом сорок пять градусов к самому устройству.

Высота молниеотвода будет равна двум размерам зоны безопасности.

Приведем пример, высота мачты молниеотвода равна 10 метрам, значит, в каждую сторону от нее зона безопасности так же будет равна 10 метрам. Из этого расчета и устанавливается молниеотвод и выбирается его высота, чтобы охватить всю территорию дома. Если возле вашего дачного дома растет высокое дерево, то его можно приспособить под мачту молниеотвода. Его необходимо прикрепить к длинному шесту и при помощи синтетических веревок приспособить в вершине дерева. Ни в коем случае не прикрепляйте молниеотвод гвоздями или металлическими хомутами, можно повредить само дерево. Рассчитайте так, чтобы ваш дом и хозяйственные постройки попадали под защитный конус, о котором мы рассказывали выше. Если данный конус не очень велик и не полностью защищает ваш дом, то необходимо установить дополнительный молниеотвод или несколько штук. Рассчитать можно самостоятельно.

Если дерево на вашем земельном участке отсутствует, то вместо мачты можно использовать телевизионную антенну. Обратите внимание, чтобы она была металлической и не крашеной. Если она так же закреплена на деревянном шесте, то рекомендуется соединить молниеотвод с заземлением оголенной проволокой, лучше всего чтобы их было несколько штук.

Молниеотвод на дымовой трубе

Иногда молниеотвод устанавливают на дымовой трубе, это не всегда приемлемо, потому что сильный порыв ветра может свалить не только это устройство, но и саму трубу. Есть необычный метод установки молниеотвода. Два шеста устанавливают на разных концах крыши на самой вершине конька, они могут быть, как деревянные, так и металлические. Между ними натягивается оголенная проволока на изоляторах. Эта проволока соединена с заземлением. У вас получится молниеотвод с зоной безопасности в виде шалаша.

Как и за любым устройством, за молниеотводом необходимо ухаживать, чтобы он прослужил долго и качественно выполнял возложенные на него функции. Поэтому один раз в год необходимо проверять все соединения между элементами молниеотвода. Обычно это делают весной, перед началом сезона гроз. Эти соединения изготавливаются из меди или латуни и называются колодки, клемники или орехи, как говорят в народе. Обычно концы соединений лудят припоем или соединяют специальными контактами. Обратите особое внимание на то, что с приходом летних гроз необходимо поливать место заземления.

Не надо испытывать судьбу и полагаться на случай. Лучше один раз изготовить правильно и качественно молниеотвод и решить многие проблемы, связанные с таким атмосферным явлением, как гроза. Вы сбережете от не только свое имущество, но и спасете своих близких. А молниеотвод будет работать не один год, только иногда приглядывайте за ним и выполняйте наши рекомендации. И у вас все будет хорошо.

Каким образом можно произвести молниезащиту в частном доме?

У молнии имеется огромная разрушительная сила, которая представляет значительную проблему для всего человечества еще с самых незапамятных времен. Молния является одним из наиболее опасных в природе явлений, которое представляет угрозу как для здоровья, так и самой человеческой жизни, также и для имущества. С развитием современных технологий и с возникновением разного рода беспроводного оборудования риски получить удар молнией увеличивается. Научные разработки современности, в то же время, весьма успешно ведут борьбу с такой проблемой. В момент надвигания на небе грозовых туч и пронизывания его молниями человек, умный и предупредительный, бояться их не будет по той причине, что этотчеловек уже заблаговременно защитил от прямых попаданий свое жилище. Таким образом, хороший хозяин в обязательном порядке проявит свой интерес, каким образом следует произвести молниезащиту в частном доме, он не станет пренебрегать таким простым и в этот же момент гениальным изобретением человека.

Что из себя представляет молния и чем может она быть опасной?

Очень важным аспектом является знание природы самого возникновения молнии. Система защиты именно на этом именно и базируется.

Молния является не только завораживающим, но также и достаточно страшным и сильным явлением. Молния является импульсом электрического тока, который возникает за счет накопления в грозовых тучах электрического заряда. Сила тока иногда достигает отметки в 200000 А. Но такие молнии, правда, бывают достаточно редко, наиболее часто встречаются молнии, у которых сила разряда достигает 100000 А. На планете каждую секунду образуется порядка 200 молний. Невзирая на то, что сама вероятность поражения молнией исключительно одного дома достаточно мала, все же лучше предостеречься, нежели потом об этом жалеть. Искровой электрический заряд проходит через разные материалы, приводя к образованию тепловой энергии, а она и есть причина разрушений и пожаров. Для построек из дерева она представляет особую опасность, а из дерева построена большая часть коттеджей и загородных домов.

У домовладельцев в связи с такой ситуацией часто постает вопрос о реальной необходимости защиты здания от удара молнии. Молниезащита в частном домике необходима: она сможет защитить здание от пожара. К тому же, стоимость такой системы в смете строительства займет совсем незначительную долю.

Видовые особенности молниезащиты, а также принципы действия этих устройств

Сегодня системы молниезащиты зданий делятся на два вида:

• пассивный,
• активный.

Пассивная система являет собой традиционную систему защиты, которая состоит из самого молниеприемника, токоотвода, также заземления. У нее довольной простой принцип действия: заряд ловится молниеотводом, потом направляется в сторону заземлителя с помощью токоотвода, а заземлитель в земле гасит его. Следует учесть материал кровли, а также вид крыши для того, дабы исходя из этих особенностей верно выбрать необходимый тип молниезащиты при обеспечении ее максимальной надежности.

Активная молниезащита по принципу своего действия работает таким образом: воздух ионизируется молниеприемником, перехватывая таким образом разряд молнии.

Другие элементы в активной системе молниезащиты аналогичны тем, которые имеются в пассивной системе молниезащиты, но радиус действия такой системы значительно больше - до сотни метров. В конкретном случае будет защищен не только здание, но также и близлежащие строения. Такого рода молниезащита загородного домика является довольно распространенной в большом количестве стран. Но стоимость ее, конечно же, намного выше, нежели у пассивной системы.

Устройство самой молниезащиты

Молниезащита представляет собой защитную меру, которая обеспечивает безопасность жилых зданий и жизни человека, проживающего в них, от разрушительной силы удара молнии. Как молниезащиту здания используют молниеотводы.

В состав молниеотвода входит три основных элемента:

• Контур заземления.

Молниеприемник являет собой металлический проводник, который установлен на крыше домика для того, чтоб принимать разряды молнии. Важно устанавливать его на наиболее высоком месте крыши. Если здание достаточно большое или у него имеется сложная конструкция, когда есть смысл установки нескольких молниеприемников. Молниеприемники могут быть разнотипными по конструктивному исполнению:

• Металлический штырь длиной до 0,2-1,5 метра, который устанавливается в вертикальном положении на наивысшей точке здания. Этим может быть как дымовая труба, так мачта телеантенны ли конек крыши. Он изготавливается из металла, который менее подвержен процессам окисления под открытым небом, - оцинкованной стали либо меди. У молниеприемника такого плана площадь сечения должна быть от 100м2 (в случае, когда форма будет круглой, тогда диаметр в 12 мм будет достаточны). Верхний конец полой трубки необходимо заварить. Такой метод подойдет для всех металлических кровель.

• Металлический трос, который натянут на паре деревянных опор в 2 метра высотой вдоль конька крыши. Специально для надежности конструкции возможно использование металлических опор, но тогда нужно использовать изоляторы для изолирования их от троса. Такой метод прекрасно подойдет для шиферных, также деревянных крыш.

• Молниезащитная сетка, которая закрепляется по коньку крыши здания, по поверхности настила с отходящими заземленными токоотводами идеальным образом подойдет для черепичной крыши.

Очень важно знать, что молниеприемники необходимо соединить с металлическими предметами, которые находятся на крыше: желобами, лестницами, вентиляторами.

Как альтернатива возведения на крыше молниеотвода возможно использование, к примеру, неподалеку стоящего дерева (конечно, если оно выше крыши дома на 15 м). Молниеприемники крепятся на верхушке дерева с тем расчетом, дабы он получился хотя бы на половину метра выше кроны дерева.

Затем молниеприемник присоединяется к токоотводу.

Токоотвод представляет собой часть молниеотвода, предназначенную для того, дабы отводить заряды молнии к контуру заземления от молниеприемника. Это толщиной в 6 мм стальная проволока, которую приваривают к молниеприемнику, что должна в соединении с самим молниеприемником выдержать нагрузку до 200000 ампер. Также нужно отметить, что между вышеуказанными составляющими молниезащиты сварка должна быть достаточно надежной, дабы исключить разрыв между ними или ослабление крепления при падении, к примеру, снежного пласта либо при сильном ветре.

Токоотвод спускается по стенам с крыши, его прибивают скобками и направляют в грунт, именно к контуру заземления. В том случае, если в наличии нескольких токоотводов их на расстоянии в 25 метров друг от друга прокладываются по стенам, максимально отдаляясь от дверей и окон здания. Следует помнить о том, что токоотводы нельзя изгибать из-за возможности возникновения искрового заряда и дальнейшего воспламенения.

Согласно правил токоотводы должны быть максимально короткими, а прокладывать их нужно как можно поближе к местам с наибольшим риском: острым выступам, краям фронтонов, слуховым окнам.

Заземлением молниезащиты называется устройство, обеспечивающее надежный контакт земли и токоотвода. Это самый обычный контур: три электрода, связанные между собой и забитые в землю. Согласно правил заземление бытовой техники и молниезащиты обязательно следует делать общим. В том случае, когда заземления нет, довольно несложно его изготовить - у заземления достаточно простая конструкция.

Для этого следует взять медь с сечением в 50мм2 или нержавеющую сталь в 80мм2. Выкапывается траншея длиной в 3 метра и глубиной в 0,8, затем вбиваются стальные пруты по ее концам. При помощи стали и сварки соединяются эти два прута. Затем к данной конструкции приваривается отвод к зданию и к нему присоединяется токоотвод. Закрашиваются места сварки и до конца траншеи забивается заземлитель.

Важно знать то, согласно правил заземлитель должен быть расположен на расстоянии не ближе, нежели 1 метр от стен, также не менее, чем 5 метров от крыльца, проходов и пешеходных дорожек.

Провода, тросы молниеприемников, также токоотводы можно установить двумя способами:

• при использовании натяжных систем;
• с помощью дистанционных зажимов.

Натяжную систему установки молниеприемников проводят с установкой у основания жестких анкеров, также на крыше здания и на стенах, между ними натягивают трос. Они оборудуются специальной формы натяжными зажимами. Межде анкерами расстояние может быть 20 метров. Такого плана молниеприемники на плоских крышах оборудуются еще и дистанционными элементами, пластиковыми кронштейнами, к примеру. Они удерживают молниеприемники на определенных расстояниях над поверхностью крыши здания.

На плоских крышах и на стенах используют самозабивные, угловые зажимы, они крепятся дюбелями. На крутых крышах зданий, которые покрыты керамочерепицей, зажимы закрепить намного сложнее. Здесь следует использовать коньковые зажимы, они подходят по размерам и по форме к коньковой черепице. Такого плана зажимы, кстати, можно подобрать также под цвет черепицы с целью не испортить внешнюю облицовку кровли в момент произведения молниезащиты коттеджа.

Токоотводы, молниеприемники необходимо между собой связывать, также их нужно связать с элементами здания с помощью специального образца винтовых зажимов, изготовленных из меди, латуни или оцинкованной стали.

1. До того, как начнутся сезоны гроз, ежегодно следует осмотреть молниеотвод, все его части, а также все места крепления для того, дабы при необходимости можно было произвести их окраску и замену.
2. Раз в три года следует проверять исправность всех соединений, зачищать контакты, подтягивать ослабевшие соединения и при необходимости их заменять.
3. Раз в пять лет следует вскрывать заземляющие электроды, проверять надежность соединения электродов, также глубину их коррозии. При уменьшении у проржавевшей детали сечения более, нежели на треть, тогда ее следует заменить.

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 нагрузок.

3.2. Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона или дерева.

3.3. Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены из стали любой марки сечением не менее 100 мм 2 и длиной не менее 200 мм и защищены от коррозии оцинкованием, лужением или окраской.

Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм 2 .

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. 3.

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 заземлителей молниезащиты (с учетом требований п. 1.8).

Допустимые размеры одиночных конструкций железобетонных фундаментов, используемых в качестве заземлителей, приведены в табл. 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

1. Прямой удар молнии (поражение молнией) - непосредственный контакт канала молнии с зданием или сооружением, сопровождающийся протеканием через него тока молнии.

2. 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.

3. Занос высокого потенциала - перенесение в защищаемое здание или сооружение по протяженным металлическим коммуни­кациям (подземным, наземным и надземным трубопроводам, кабелям и т.п.) электрических потенциалов, возникающих при прямых и близких ударах молнии и создающих опасность искрения внутри защищаемого объекта.

4. Молниеотвод - устройство, воспринимающее удар молнии и отводящее ее ток в землю.

В общем случае молниеотвод состоит из опоры; молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии; токоотвода, по которому ток молнии передается в землю; заземлителя, обеспечивающего растекание тока молнии в земле.

В некоторых случаях функции опоры, молниеприемника и токоотвода совмещаются, например при использовании в качестве молниеотвода металлических труб или ферм.

5. Зона защиты молниеотвода - пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенного значения. Наименьшей и постоянной надежностью обладает поверхность зоны защиты; в глубине зоны защиты надежность выше, чем на ее поверхности.

Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5% и выше, а тина Б - 95 % и выше.

6. Конструктивно молниеотводы разделяются на следующие виды:

стержневые - с вертикальным расположением молниеприемника;

тросовые (протяженные) - с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах;

сетки - многократные горизонтальные молниеприемники, пересе­кающиеся под прямым углом и укладываемые на защищаемого объекта.

7. Отдельно стоящие молниеотводы - это те, опоры которых установлены на земле на некотором удалении от защищаемого объекта.

8. Одиночный молниеотвод - это единичная конструкция стержневого или тросового молниеотвода.

9. Двойной (многократный) молниеотвод - это два (или более) стержневых или тросовых молниеотвода, образующих общую зону защиты.

10. Заземлитель молниезащиты - один или несколько заглубленных в землю проводников, предназначенных для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений, возникающих на металлических корпусах, оборудовании, коммуникациях при близких разрядах молнии. Заземлители делятся на естественные и искусственные.

11. Естественные заземлители - заглубленные в землю метал­ли­чес­кие и железобетонные конструкции зданий и сооружений.

12. Искусственные заземлители - специально проложенные в земле контуры из полосовой или круглой стали; сосредоточенные конструкции, состоящие из вертикальных и горизонтальных проводников.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ГРОЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ГРОЗОПОРАЖАЕМОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Среднегодовая продолжительность гроз в часах в произвольном пункте на территории СССР определяется по карте (рис. 3), или по утвержденным для некоторых областей СССР региональным картам продолжительности гроз, или по средним многолетним (порядка 10 лет) данным метеостанции, ближайшей от места нахождения здания или сооружения.

Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией в год производится по формулам:

для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни)

для зданий и сооружений прямоугольной формы

где h - наибольшая высота здания или сооружения, м; S, L - соответственно ширина и длина здания или сооружения, м; n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км земной поверхности (удельная плотность, ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.

Для зданий и сооружений сложной конфигурации в качестве S и L рассматриваются ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане.

Для произвольного пункта на территории СССР удельная плотность ударов молнии в землю n определяется исходя из среднегодовой продолжительности гроз в часах следующим образом:

Рис. 3. Карта средней за год продолжительности гроз в часах для территории СССР

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ЗОНЫ ЗАЩИТЫ МОЛНИЕОТВОДОВ

1. Одиночный стержневой молниеотвод.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. П3.1), вершина которого находится на высоте h 0

1.1. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h£150 м имеют следующие габаритные размеры.

Зона A: h 0 = 0,85h,

r 0 = (1,1 - 0,002h)h,

r x = (1,1 - 0,002h)(h - h x /0,85).

Зона Б: h 0 = 0,92h;

r x =1,5(h - h x /0,92).

Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях h и может быть определена по формуле

h = (r x + 1,63h x)/1,5.

Рис. П3.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

I - граница зоны защиты на уровне h x , 2 -то же на уровне земли

1.2. Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высоток 150 < h < 600 м имеют следующие габаритные размеры.

2. Двойной стержневой молниеотвод.

2.1. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой h£150 м представлена на рис. П3.2. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых h 0 , r 0 , r x1 , r x 2 определяются по формулам п. 1.1 настоящего приложения для обоих типов зон защиты.

Рис. П3.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода:

1 - граница зоны защиты на уровне h x 1 ; 2 -то же на уровне h x 2 ,

3 -то же на уровне земли

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры.

;

при 2h < L £ 4h

;

;

При расстоянии между стержневыми молниеотводами L >

при h < L £ 6h

;

;

При расстоянии между стрежневыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

При известных значениях h c и L (при r cx = 0) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле

h = (h c + 0,14L) / l,06.

2.2. Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты h 1 , и h 2 £ 150 м приведена на рис. ПЗ.З. Габаритные размеры торцевых областей зон защиты h 01 , h 02 , r 01 , r 02 , r x 1 , r x 2 определяются по формулам п. 1.1, как для зон защиты обоих типов одиночного стержневого молниеотвода. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам:

;

;

где значения h c 1 и h c 2 вычисляются по формулам для h c п. 2.1 настоящего приложения.

Для двух молниеотводов разной высоты построение зоны А двойного стержневого молниеотвода выполняется при L £ 4h min , а зоны Б - при L £ 6h min . При соответствующих больших расстояниях между молниеотводами они рассматриваются как одиночные.

Рис. ПЗ.З Зона зашиты двух стержневых молниеотводов разной высоты. Обозначения те же, что и на рис. П3.1

3. Многократный стержневой молниеотвод.

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода (рис. П3.4) определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h £ 150 м (см. пп. 2.1, 2.2 настоящего приложения).

Рис. П3.4. Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1

Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой h x с надежностью, соответствующей надежности зоны А и зоны Б, является выполнение неравенства r cx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. В противном случае построение зон защиты должно быть выполнено для одиночных или двойных стержневых молниеотводов в зависимости от выполнения условий п. 2 настоящего приложения.

4. Одиночный тросовый молниеотвод.

Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h£150 м приведена на рис. П3.5, где h - высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35-50 мм 2 при известной высоте опор h оп и длине пролета а высота троса (в метрах) определяется:

h = h оп - 2 при а< 120 м;

h = h оп - 3 при 120 < а< 15Ом.

Рис. П3.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода. Обозначения те же, что и на рис. П3.1

Зоны защиты одиночного тросового молниеотвода имеют следующие габаритные размеры.

Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях h x и r x определяется по формуле

5. Двойной тросовый молниеотвод.

5.1. Зона защиты двойного тросового молниеотвода высотой h£150 м приведена на рис. П3.6. Размеры r 0 , h 0 , r x для зон защиты А и Б определяются по соответствующим формулам п. 4 настоящего приложения. Остальные размеры зон определяются следующим образом.

Рис. ПЗ.6. Зона защиты двойного тросового молниеотвода. Обозначения те же, 410 и на рис. П3.2

при h < L £ 2h

;

при 2h < L £ 4h

;

При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные.

при h < L £ 6h

;

;

При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные. При известных значениях h c и L (при r cx = 0) высота тросового молниеотвода для зоны Б определяется по формуле

h = (h c + 0,12L)/1,06.

Рис. П3.7. Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты

5.2. Зона защиты двух тросов разной высоты h 1 и h 2 приведена на рис. П3.7. Значения r 01 , r 02 , h 01 , h 02 , r x1 , r x 2 определяются по формулам п. 4 настоящего приложения как для одиночного тросового молниеотвода. Для определения размеров r c и h с используются формулы:

;

где h c 1 и h c 2 вычисляются по формулам для h c П.5.1 настоящего приложения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПОСОБИЕ К "ИНСТРУКЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ"

(РД34.21.122-87)

Настоящее пособие ставит задачей пояснить и конкретизировать основные положения РД 3421.122-87, а также ознакомить специалистов, занятых разработкой и проектированием молниезащиты различных объектов, с существующими представлениями о развитии молнии и ее параметрах, определяющих опасные воздействия на человека и материальные ценности. Приводятся примеры исполнения молниезащиты зданий и сооружений различных категорий в соответствии с требованиями РД 34.21.122-87.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗРЯДАХ МОЛНИИ И ИХ ПАРАМЕТРАХ

Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением.

Разряд молнии начинается с развития лидера - слабо светящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера - от облака вниз или от наземного сооружения вверх - молнии разделяются на нисходящие и восходящие. Данные о нисходящих молниях накапливались продолжительное время в нескольких регионах земного шара. Сведения о восходящих молниях появились лишь в последние десятилетия, когда начались систематические наблюдения за грозопоражаемостью очень высоких сооружений, например Останкинской телевизионной башни.

Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов в грозовом облаке, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последнего поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.

Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается. Сам факт появления и устойчивого развития восходящего лидера определяет место поражения. На равнинной местности восходящие молнии поражают объекты высотой более 150 м, а в горных районах возбуждаются с остроконечных элементов рельефа и сооружении меньшей высоты и потому наблюдаются чаще.

Рассмотрим сначала процесс развития и параметры нисходящей молнии. После установления сквозного лидерного канала следует главная стадия разряда - быстрая нейтрализация зарядов лидера, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений, варьирующихся от единиц до сотен килоампер. При этом происходит интенсивный разогрев канала (до десятков тысяч кельвин) и его ударное расширение, воспринимаемое на слух как раскат грома. Ток главной стадии состоит из одного или нескольких последовательных импульсов, наложенных на непрерывную составляющую. Большинство импульсов тока имеет отрицательную полярность. Первый импульс при общей длительности в несколько сотен микросекунд имеет длину фронта от 3 до 20 мкс; пиковое значение тока (амплитуда) варьируется в широких пределах: в 50% случаев (средний ток) превышает 30, а в 1-2% случаев 100 кА. Примерно в 70% нисходящих отрицательных молний за первым импульсом наблюдаются последующие с меньшими амплитудами и длиной фронта: средние значения соответственно 12 кА и 0,6 мкс. При этом крутизна (скорость нарастания) тока на фронте последующих импульсов выше, чем для первого импульса.

Ток непрерывной составляющей нисходящей молнии варьируется от единиц до сотен ампер и существует на протяжении всей вспышки, продолжающейся в среднем 0,2 с, а в редких случаях 1-1,5 с.

Заряд, переносимый в течение всей вспышки молнии, колеблется от единиц до сотен кулон, из которых на долю отдельных импульсов приходится 5-15, а на непрерывную составляющую 10-20 Кл.

Нисходящие молнии с положительными импульсами тока наблюдаются примерно в 10% случаев. Часть из них имеет форму, аналогичную форме отрицательных импульсов. Кроме того, зарегистрированы положительные импульсы с существенно большими параметрами: длительностью около 1000 мкс, длиной фронта около 100 мкс и переносимым зарядом в среднем 35 Кл. Для них характерны вариации амплитуд тока в очень широких пределах: при среднем токе 35 кА в 1-2% случаев возможно появление амплитуд свыше 500 кА.

Накопленные фактические данные о параметрах нисходящих молний не позволяют судить об их различиях в разных географических регионах. Поэтому для всей территории СССР их вероятностные характеристики приняты одинаковыми.

Восходящая молния развивается следующим образом. После того как восходящий лидер достиг грозового облака, начинается процесс разряда, сопровождающийся примерно в 80% случаев токами отрицательной полярности. Наблюдаются токи двух типов: первый - непрерывный безымпульсный до нескольких сотен ампер и длительностью в десятые доли секунды, переносящий заряд 2-20 Кл; второй характеризуется наложением на длительную безымпульсную составляющую коротких импульсов, амплитуда которых в среднем составляет 10-12 кА и лишь в 5 % случаев превышает 30 кА, а переносимый заряд достигает 40 Кл. Эти импульсы сходны с последующими импульсами главной стадии нисходящей отрицательной молнии.

В горной местности восходящие молнии характеризуются более длительными непрерывными токами и большими переносимыми зарядами, чем на равнине. В то же время вариации импульсных составляющих тока в горах и на равнине отличаются мало. На сегодняшний день не выявлена связь между токами восходящей молнии и высотой сооружений, с которых они возбуждаются. Поэтому параметры восходящих молний и их вариации оцениваются как одинаковые для любых географических регионов и высот объектов.

В РД 34.21.122-87 данные о параметрах токов молнии учтены в требованиях к конструкциям и размерам средств молниезащиты. Например, минимально допустимые расстояния от молниеотводов и их заземлителей до объектов I категории (пп. 2.3-2.5 *) определены из условия поражения молниеотводов нисходящими молниями с амплитудой и крутизной фронта тока в пределах соответственно 100 кА и 50 кА/мкс. Этому условию соответствует не менее 99% случаев поражения нисходящими молниями.