Заземление и молниезащита Совет Инженера

Суть работы молниеотвода — молниезащита

Суть работы молниеотвода заключается в следующем.

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

Этот разряд очень мощный, напряжение достигает миллиардов вольт.

• 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. 

Природа молний

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.

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.

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.

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.

Полученный круг и будет считаться безопасной зоной. Отсюда делаем вывод, что чем выше молниеотвод, тем шире зона безопасности. Можно то же самое объяснить проще.

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 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.

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.

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:

• Молниеприемник;
• Токоотвод;
• Контур заземления.

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.

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.

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.

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.

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.

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?

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.

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 заземления дома. 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.

[/div]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.

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.

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.

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.

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.

Стоимость проектирования системы молниезащиты

Всего существует три системы заземления: ТТ, IT, TN, из них последняя делится еще на три разновидности – TN-S, TN-C, TN-C-S.

В частном домостроении обычно используют схемы систем TN-C-S или ТТ, причем TN-C-S выглядит более привлекательной, так как к ее монтажу предъявляется меньше требований.

Система начинается от главной заземляющей шины, которая установлена или в электрощитке дома, или в шкафу вводного устройства.

Наиболее рациональным считается решение, когда заземление расположено на опоре, перенаправляющей электромагистраль в дом.

Система ТТ используется гораздо реже. Ею занимаются представители энергоснабжающей организации, а если владелец все же решит сэкономить и самостоятельно произвести монтаж, то заверять документы придут все те же работники Энергоснаба.

Если все же рискнете и выберете схему заземления ТТ для частного дома, то не забудьте про обязательную установку УЗО!

Тип здания	Стоимость, руб.
Частные дома	От 4 000,00
Административные здания	От 10 000,00
Промышленные здания	От 15 000,00

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.

Молниеприемник

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.

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.

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.