Молниезащита для загородного дома: что, зачем и как

Что такое внутренняя молниезащита

При попадании молнии в землю или строение в радиусе до 1-2 км от дома существует риск перебрасывания к нему электрических разрядов по различным коммуникациям, которые могут проводить ток. Такие разряды могут вызвать резкие скачки напряжения в домашней электросети и, как следствие, привести к выходу из строя электрооборудования.

Для гарантированной защиты электроники и бытовой техники, находящейся внутри здания, наряду с наружной важна, еще, и внутренняя молниезащита. Для этого используют, так называемые, устройства защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП), которые устанавливают в распределительном щитке за вводным автоматом или в последующей распределительной коробке. При этом в распределительные коробки может встраиваться только УЗИП «Тип 3», но его нужно использовать лишь совместно с «Типом 2», иначе устройство выгорит при первой же помехе

Этапы проектирования молниезащиты

Составление проекта включает несколько этапов

• сбор информации;
• выполнение расчетов, подбор, сравнение вариантов;
• проверка и оформление оптимального решения.

Специалисты должны получить подробные сведения, необходимые для разработки. Расчет защищенности от прямых ударов молний выполняется в специализированных компьютерных программах. Рекомендуемый комплекс защитных мер обоснуется правилами электробезопасности, техническими регламентами, европейскими стандартами систем грозозащиты.

Зачем нужна защита от грозы?

Метеорологи утверждают, что каждый квадратный километр ежегодно поражается грозой 2-3 раза. Примерно в 25% случаев мощный электрический разряд с напряжением до 150 миллионов вольт, силой тока до 200 тысяч ампер и температурой до 30 000 °C повреждает различные объекты.

Хотя молния лишь на миг соприкасается с объектами, горячие материалы (дерево, пластик, ткани) воспламеняются моментально. А сильный ветер раздувает пожар, превращая его в стихийное бедствие. Поэтому установка молниезащиты так важна для жилых построек.

Часто средства защиты строений от грозовых разрядов называют громоотводом, однако такое определение не совсем корректное, поскольку гром — это только громкий звук, сопровождающий разряд. Специалисты называют данное приспособление — молниезащитой.

Чтобы защитись жилище от грозовых ударов, используются устройства с принципом действия на основе законов электростатики. Во время непогоды в атмосфере скапливается много положительно заряженных ионов, а у земли заряд всегда отрицательный.

Когда разность потенциалов достигает критического значения, слой воздуха между ними пронзает огромная искра, которую и называют молнией. Чтобы разряд грозы не ударил в строение, необходим монтаж молниеотвода для частного дома, который направит ток сразу в землю, минуя здание, через приспособления из материалов с более высокой электропроводностью, чем кровля.

Особенности молниезащиты частного дома

По мере развития технологий и возникновения различного беспроводного оборудования увеличился риск удара молнией. В то же время современные научные разработки успешно борются с ней.

Когда на небе надвигаются грозовые тучи и его пронизывают молнии, предупредительный и умный человек не будет их бояться, потому что он заранее защитил своё жильё от их прямого попадания.

Итак, хороший хозяин обязательно проявит интерес к тому, как произвести молниезащиту частного дома. Можете не переживать, если ваш частный дом располагается рядом с башней, оснащённой молниеотводом или же линиями электропередач. А вот в зоне риска попадания молнии находятся строения, которые:

• имеют одиночное расположение;
• построены на возвышенности;
• находятся рядом с водоёмом.

Молниеотвод следует планировать ещё на этапе строительства частного дома. Так, следует выполнить молниезащитный контур во время строительства. Частные дома относятся к третьему классу пожарной безопасности, соответственно, они подлежат установке на них молниеотвода в непременном порядке.

Выбор нужного типа молниезащиты для частного дома зависит от ряда факторов:

1. Исходное состояние дома.
2. Условия расположения.
3. Климатические условия местности.
4. Тип грунта.

Обязательно учитывайте условия расположения вашего дома. Так, если молния попадает в дерево, антенну, столб рядом с домом, то они могут создать эффект экрана и здание тоже попадёт в зону поражения.

Помните, что разные типы грунта отличаются по своей токопроводимости и сопротивлению, которое следует учитывать при выборе сечения полосы и размера заглубления контура.

Если климат местности такой, что количество грозовых периодов в год превышает отметку в 40 раз, а дом находится у воды, то риск попадания молнии увеличивается в несколько раз.

Зачем нужна молниезащита

Попадание молнии в дом может привести к серьезным последствиям. Оно может вызвать пожар и разрушение здания, короткое замыкание электропроводки, поломку бытовых электроприборов, а также травмы и даже гибель людей, находящихся в доме или рядом с ним.

Не существует определенной формулы, по которой можно оценить вероятность поражения вашего дома. Однако существенное влияние на это могут оказать такие факторы, как географическое расположение (высота или низменность), влажность воздуха, высота самого здания относительно соседских и наличие высоких деревьев в непосредственной близости. Нужно помнить о том, что притянуть молнию также могут вышки сотовой связи и антенны.

Из истории молниезащиты

История стирает из памяти сведения о происхождении вещей, ставших для нас обыденными, и не всегда достоверно можно знать первооткрывателя того, без чего мы уже не можем и представить свою жизнь. По официальным данным, громоотвод был изобретен в 1752 году американцем Бенджамином Франклином, чей суровый портрет с 1928 года смотрит на нас со стодолларовых купюр (точнее, на тех из нас, у кого они есть). Но поисками способов отвода молний занимались задолго до Франклина. Мореплаватели Древней Греции, к примеру, устанавливали меч наверху мачты, привязывали к нему мокрую верёвку и опускали конец веревки в воду. Впоследствии ее заменили металлической цепью.  

Рискованный эксперимент 

Давно известно, что молнии обычно попадают в предметы, возвышающиеся над поверхностью земли — деревья, столбы, мачты.  И опыты с атмосферным электричеством проводились во многих странах разными учеными. Франклин проницательно заметил, что если источник разряда (электрическую машину) соединить металлическим прутом с землей, то разряд с машины без искр и треска стекает в землю. И если молния — та же электрическая искра, то почему бы с помощью заостренного металлического шеста не разрядить облака и не отвести опасные заряды в землю? Суть исследования Франклина заключалась в следующем: разряд молнии попадает в специальный молниеотвод, который устанавливают выше, чем уровень защищаемого сооружения, далее через токоотвод заряд направляется в заземлитель, а уже оттуда попадает в землю Франклин решил поймать молнию воздушным змеем, к концу которого он привязал острый гвоздь. Когда началась гроза, он запустил  змея. В того ударила молния, а мокрая веревка провела электрический заряд по себе от верхнего конца до нижнего. По невероятной счастливой случайности экспериментатор не пострадал. Из этого опыта он сделал вывод, что возникающие при грозе электрические заряды можно ловить и отводить в безопасное место. Так появилось устройство, которое в русском языке почему-то назвали громоотводом, хотя «отводит» оно не гром, а молнию.   

Разновидности молниезащиты

Для защиты от молнии необходимо создать для электрозаряда такой путь до поверхности земли, который не создает сопротивления и минует конструкцию дома. Подобную безопасную молниезащиту частного дома иногда называют заземлением, громо- или токоотводом. При этом полная система включает две разновидности молниезащиты: внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя система защиты представляет собой небольшой прибор, вмонтированный в электрощиток. Это устройство нейтрализует заряд, который провоцирует перенапряжение. Молния может ударить в близрасположенную линию электропередач, от которой идет кабель к жилому строению. В электрической системе здания возникает скачок напряжения. Внутренняя молниезащита гасит это явление.

Внешний молниеотвод устанавливается снаружи частного строения. Он может иметь разный внешний вид и строение. Функция в любом случае остается неизменной – защита крыши и всего здания. Способ реализации связан с заземлением и безопасным отведением тока от самого сооружения.

Область применения

1.1 Настоящие нормы разработаны с учётом стандартов, действующих в Российской Федерации, и устанавливают требования к системам молниезащиты с упреждающей стримерной эмиссией (активной молниезащиты), рекомендованные для всех организаций, осуществляющих деятельность на территории Свердловской области, независимо от форм собственности и государственной принадлежности.

1.2 Настоящий Стандарт разработан на основе стандартов Европейского союза, рекомендаций Международной электротехнической комиссии и гармонизированы с ними по основным положениям.

1.3 Нормы действуют в районах строительства Свердловской области для зданий, сооружений различного назначения, открытых площадок и промышленных коммуникаций.

1.4 Разработанные в развитие раздела технических требований правила (разделы 4, 5, 6) распространяются на проектирование и устройство молниезащиты системами с упреждающей стримерной эмиссией для зданий, сооружений, открытых площадок и промышленных коммуникаций.

1.5 В разделе правил изложены рекомендации по проектированию и конструктивным решениям устройств молниезащиты, рассмотрены основные узлы и опробованные на практике средства и способы устройства конструкций молниезащиты системами с упреждающей стримерной эмиссией, а также способы технической эксплуатации, выполнение которых обеспечивает соблюдение обязательных технических требований.

1.6 При проектировании и устройстве молниезащиты, кроме положений настоящих Территориальных градостроительных норм, должны выполняться требования действующих норм проектирования, правил по охране труда и пожарной безопасности.

Полезное о молниях и электричестве из школьного курса

Процесс образования грозового облака сопровождается разделением мельчайших капель воды по зарядам (отрицательным и положительным), при этом накопление негативно заряженных частиц происходит внизу облака.

Поверхности земли и всех сооружений, находящихся внизу заряженного облака, притягивают к себе противоположные частицы (со знаком «+»).

Механизм образования молнии

В возникающем электрическом поле в промежутке между этими частицами (в небе и на земле) повышается напряжённость, возникает разница потенциалов в несколько миллионов вольт. Благодаря этому и образовывается электрический заряд, называемый молнией.

Движение молнии происходит по наименьшему пути сопротивления. Началом служит движущийся на скорости 50 тыс. км/сек к земле слабый заряд (лидер), набирающий силы по пути. Т.к. заряженность воздуха неоднородна, молния проходит по местам с большим количеством заряженных частичек (с лучшими показателями электропроводности).

Двигаясь к земле, заряд ищет объекты с наибольшим количеством положительно заряженных частиц. По достижении уровня земли начинается массовое движение отрицательных зарядов по ионизированному каналу в землю (от нижних частиц самого заряда и до всех остальных в облаке).

Поэтому громоотвод на доме обустраивается из материалов с самыми высокими показателями электропроводности. Это гарантирует, что молния выберет именно его, т.к. на нем накоплено большее количество индукционных зарядов. Молния выбрала бы такой громоотвод, даже если он был бы ниже уровня здания, но экспериментировать этим не стоит.

Так выглядит попадание молнии в громоотвод

Принцип действия устройства

Принцип действия защитного устройства достаточно прост. Как правило, УЗИП может мгновенно устранить перенапряжение. Это несложная схема отвода напряжения. К примеру, если напряжение нормальное, то сопротивление варистора будет определяться мегаомами. Если на линии появляется перенапряжение, тогда варистор перемещается в категорию кабеля. Через проводник проходит электрический ток, который устремляется в заземление.

Как работает ограничитель напряжения

К сведению! Принцип работы УЗИП классифицируют по двум категориям: вентильные/искровые разрядники. Обычно их применяют для сетей с высоким напряжением, как и защитные устройства с варисторами.

Когда в разрядниках фиксируется действие грозового разряда при перенапряжении, тогда это может пробить воздушный проход в перемычке, которая соединяет фазы с контуром заземления. Импульс с высоким напряжением бьет в землю. В случае с вентильными разрядниками понижение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП в газонаполненных разрядниках подходят для строений, где внешняя система молниезащиты или подача электроэнергии происходит по воздуху за счет спецлиний.

Оборудования с варистором подключаются параллельно с защищаемым устройством. В случае отсутствия импульсного напряжения ток, который идет через варистор, составляет почти ноль. Однако при возникновении перенапряжения сопротивление оборудования резко падает, оно пропускает ток, рассеивая поглощенную энергию, что приводит к снижению напряжения до номинала. Таким образом варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП обладает встроенной тепловой защитой, которая исключает выгорание при истечении срока эксплуатации. Однако со временем устройство выходит из строя, и нужно произвести замену ограничителя напряжения. О неполадках информирует сам индикатор.

Вам это будет интересно Монтаж электросчетчика

Виды молниезащиты

Предотвращение попадания прямых разрядов молнии в сооружение (здание) считают внешней молниезащитой. Сохранение в целости коммуникации и оборудования от индуктивных наводок, поражения зарядами молнии электрических сетей, проникновение по системе заземления в здания предполагает внутреннюю грозозащиту. В зависимости от того, как работает громоотвод, его эффективность можно оценить четырьмя категориями:

• 1 – 98% (самая высокая, степень защищенности);
• 2 – 95%;
• 3 – 90%,
• 4 – 80%.

Поражающие факторы разрядов атмосферных разрядов

Технология создания защиты от грозы напрямую связана с поражающими факторами атмосферных электрических разрядов. Любое природное явление влияет на окружающую среду с той или иной степенью воздействия. Молния не является исключением и ее поражающие факторы можно разделить на следующие два вида.

1. Первичный. Это прямой удар электрического разряда в объект недвижимости. Последствия от такого попадания могут быть самыми плачевными. Конструкция дома может получить серьезные повреждения или просто сгореть от возникшего пожара. Не исключается и гибель людей от поражения электрическим током. Вся включенная в сеть бытовая техника и электроприборы однозначно выйдут из строя. Первичный фактор поражения молнией создает самый опасный вариант развития событий, способный создать массу проблем жильцам частного дома, коттеджа или дачи.

2. Вторичный. Менее опасный поражающий фактор атмосферного электрического разряда, конечно, по сравнению с прямым попаданием, но тоже способный доставить много неприятностей собственнику частного владения. Дело в том, что молния, разрядившаяся недалеко от дома, формирует мощное индукционное поле, создающее скачек питающего напряжения в электрической проводке. Такое перенапряжение способно полностью вывести из строя бытовую технику и электроприборы.

Защитить свою собственность от вторичного поражающего фактора можно простым отключением электроприборов от питающей сети на весь период времени прохождения грозового фронта. Для эффективной защиты от прямого попадания молнии необходимо выполнить монтаж молниезащиты в коттедже, частном доме или на даче.

Установка громоотвода и дополнительного защитного оборудования позволит избежать негативных последствий от воздействия разряда на вашу жилую собственность и на проживающих в ней людей, независимо от типа поражающего фактора. Далее мы рассмотрим виды и категории молниезащиты.

О разрушительных действиях молний

Видимой частью проявления молнии является прямой удар, который расщепляет вековые стволы деревьев, оплавляет металлические конструкции и является причиной возгорания.

Невидимые, но не менее опасные вторичные проявления молнии, такие как наведенные токи и появление высокого потенциала, визуально не проявляется, но не становятся менее опасными, поскольку разрушения, вызванные этими факторами, носят массовый характер.

Токи, вызванные грозовыми электромагнитными полями, являются причиной выхода со строя различных электроприборов. Наведенные токи и занос высокого потенциала, вызывают искрение, особо опасное в помещениях с взрывоопасной концентрацией взрывчатых веществ. При наличии дорогостоящего электрооборудования, ущерб от молнии будет значительным.

Молниезащита в частном доме своими руками.

В качестве громоотвода можно использовать металлический штырь, трубу, закрытую сверху или любой конус изготовленный из меди, алюминия или оцинкованной стали. Молниеприемник устанавливают таким образом, чтобы он был на 1,5 м выше наивысшей точки кровли. Закрепить его можно непосредственно к крыше, антенне, дымоходе.

Важно: молниеотвод нельзя красить и изолировать.

Громоотвод соединяют с токоотводом, в качестве которого используется проволока сечением не меньше 6 мм. Для соединения молниеприменика и громоотвода применяют сварку или болтовое соединение. Токоотвод спускают с крыши и направляют к заземлителю в землю. Провод спускают таким образом, чтобы он находился в отдалении от окон и дверей. Токоотвод укрепляется вдоль стены с помощью специальных креплений.

Важно: избегать поворотов токоотвода под острым углом – чревато возникновением искрового заряда.

Крепление провода токоотвода с заземлителем.

Молниезащита требует ежегодного ухода за ней, проверку целостности соединений, креплений, если необходимо проводим зачистку и подтяжку болтов.

Стержневой громоотвод дома:

Токопроводящая шина молниеотвода

В задачу проводной шины входят не только функции «сброса» электрического заряда к заземляющему и рассеивающему контуру. Прежде всего, требуется вывести шине электрический разряд безопасно для постройки и людей, случайно оказавшихся рядом с домом.

Специалисты определяют несколько базовых требований к прокладке токопроводящей шины:

• Укладка шины выполняется без загибов под острым углом и тем более поворотов под углом 180о. Любые петли и витки в спуске могут привести к возникновению мощного дугового разряда и перегоранию шины. В этом случае следующий удар молнии в молниеотвод может уничтожить крышу и само здание;
• Шина должна соединяться с заземлением и оголовком молниеотвода только сваркой, без использования любых болтовых соединений, хомутов и стяжек. Даже незначительное повышение местного сопротивления шины приводит к ее локальному перегреву и оплавлению. Особенно опасна ситуация, когда токоведущая шина сваривается из нескольких лент разнородного материала;
• Крепление токопровода по возможности должно выполняться с использованием петель и хомутов из диэлектрических материалов, например, стеклопластика. Исключением является ситуация, когда медные шины «разводятся» по поверхности металлической кровли.

Для токопроводящей шины обычно используют ленты из черного металла или меди. Наилучшим вариантом считается медная электротехническая шина диаметром не менее 8 мм, она выдержит любой удар молнии. Можно изготовить токоведущую линию из толстой алюминиевой катанки, диаметром не менее 12 мм. Например, использовать элементы насыпной обмотки мощного электродвигателя.

Немаловажным является также способ крепления шины и деталей молниеотвода.

Виды и устройство

Известные способы противодействия разрушающей силе грозовых разрядов в зависимости от типа используемого молниеприёмника делятся на два типа. Это активные и пассивные методы.

Активная схема молниезащиты реализуется посредством применения специального устройства, ионизирующего воздух над кровлей здания и намеренно провоцирующего разряд молнии.

Второй подход к решению проблемы молниезащиты состоит в пассивном принятии на себя разряда специальным устройством. Тип устройства выбирается в зависимости от материала кровельного покрытия и категории здания.

Однако независимо от этих показателей система пассивной молниезащиты всегда состоит из молниеприёмника того или иного класса, а также включает в свой состав специальный молниеотвод и заземляющее устройство (ЗУ).

Последний элемент из конструкции молниезащиты (его иногда ещё называют заземлителем) обеспечивает создание благоприятных условий для стекания тока разряда в землю.

Каждая из указанных составляющих конструкции выполняет свою, характерную лишь для неё функцию и занимает вполне определённое место в системе молниезащиты. В соответствии с этим молниеприёмник должен размещаться на самой высокой точке строения, что обеспечивает оптимальные условия для улавливания грозового разряда.

Токоотвод, прокладываемый по кровле и вдоль стен строения, располагается между молниеприёмником и заземляющим устройством многоэтажного дома или промышленного строения, соединяя их в единую систему молниезащиты данного сооружения.

И, наконец, заземляющее устройство (или иначе – заземлитель) размещается в грунте неподалёку от защищаемого здания и обеспечивает эффективное стекание тока разряда в землю.

Особенности устройства

Как и у любой системы, у активной молниезащиты можно выделить ряд особенностей. В числе характерных преимуществ:

1. Большая зона охвата. Монтаж активной молниезащиты позволяет защитить большую территорию по сравнению с аналогом, функционирующим по пассивному принципу. Дело в том, что, несмотря на присутствие молниеприемника (пассивного) на крыше, молния может ударить, например, в расположенный во дворе столб линии электропередач или иной возвышающийся объект. Подобное исключается в случае использования активного молниеприемника, так как элемент сам провоцирует разряд.
2. Компактность. Несмотря на усложненное устройство активного приемника молний, его габариты остаются достаточно компактными, что не только упрощает процесс установки системы и снижает нагрузку на несущие конструкции, но и практически не привлекает внимания. Это позволяет устанавливать систему на любых строениях, вне зависимости от их архитектурного стиля.
3. Эффективность. Активный молниеотвод обеспечивает более высокий уровень защиты не только строения, но и близлежащих территорий.

Что касается недостатков системы, здесь выделяют лишь сравнительно высокую цену оборудования и то, что некоторые ученые не подтверждают существенного повышения уровня защиты объекта от использования системы. К слову, первое частично компенсируется за счет того, что в силу большего охвата территории для защиты крупных объектов и территорий потребуется меньшее количество приемников, чем в случае с пассивными аналогами.