Устройства для защиты от молний

Активные и пассивные системы защиты от молнии

Руслан Коновалов Руслан Коновалов

Молния — опасное природное явление, способное повлечь разрушительные последствия в случае попадания в какой-либо объект. В результате поражения предмета или человека молния создает мощную тепловую энергию, которая становится причиной пожаров, а при попадании в человека вызвать серьезные увечья или летальный исход.

Защита от молнии — важнейшая задача, которую необходимо решить, чтобы обезопасить здоровье проживающих в доме жильцов и сохранность имущества.

Комплексная молниезащита здания

Разновидности защитных систем

Существует два основных типа молниезащиты — внутренняя и внешняя. Внутренняя защита подразумевает комплекс мероприятий, направленных на предотвращение перенапряжений в электрических системах здания.

Внешняя защита нацелена на непосредственную нейтрализацию заряда молнии. В свою очередь внешнюю защиту принято подразделять еще на два вида — активную и пассивную. Активная защита основывается на ионизации воздуха молниеприемником в окружающей среде, в результате происходит перехват заряда молнии и его нейтрализация. Пассивная молниезащита отводит заряд молнии в другую среду (в землю).

Активная внешняя защита

Основной компонент активной защиты — активный молниеприемник. Устройство откликается на возрастание напряженности электромагнитного поля, появляющегося вследствие приближения грозы. В составе системы есть конденсаторы, которые заряжаются от напряжения, наведенного грозовым фронтом на антенны прибора. Как только показатель достигает 12 – 14 кВт, разрядники пробиваются, в результате чего формируется короткий высоковольтный импульс (свыше 200 кВт). Полярность импульса обратно пропорциональна полярности грозового фронта. Импульс многократно увеличивает защитную зону молниеприемника.

Устройство молниеприемника активного типа

Активные системы актуальны, когда использование традиционных молниезащитных приспособлений нецелесообразно в силу каких-либо причин. Особенно часто активную защиту применяют в морских портах, на строительных объектах, в местах скопления значительного количества людей.

Достоинства активных систем защиты:

  1. Увеличенный радиус действия в сравнении с пассивными защитными комплексами.
  2. Высокий уровень защищенности.
  3. Автономность работы. Нет необходимости в сторонних источниках питания.
  4. Активация системы только при наличии реальной угрозы приближения грозового фронта.

Главный недостаток активных систем — высокая стоимость в сравнении с традиционным способом организации защиты от ударов молнии.

Пассивная внешняя защита

Это наиболее распространенный способ защиты, который состоит в отводе разряда молнии в землю. Система отличается конструктивной простотой и при правильном подходе может быть сконструирована своими руками, без помощи специалистов.

Система пассивной молниезащиты загородного дома

Однако при возведении придется принять во внимание некоторые нюансы, включающие особенности материала кровли, тип крыши, разновидность грунта. Система потребует затрат на ежегодную профилактическую проверку. Пассивная защита включает три компонента — молниеприемник, токоотводы и заземлитель.

Молниеприемник

Устройство грозозащиты представляет собой стержень из металла, изготовленный из стали, меди или алюминия. На молниеприемник приходится разряд молнии. Исходя из этого факта, приемник располагают на максимально высоком участке кровли.

Существует три типа молниеприемников:

  1. Стержневой — наиболее простой тип приемников. В качестве стандарта признан металлический штырь диаметром от 10 до 20 миллиметров и длиной более 2,5 метра. Подойдет металлическая труба с заваренными торцами. Количество штырей зависит от размеров защищаемого здания: для домов площадью до 200 квадратных метров достаточно пары стержней, установленных в 10 метрах друг от друга. Чтобы разряд не перекинулся на здание, громоотводы устанавливают на кровле с помощью деревянных брусков или особых фиксаторов. Возможен вариант монтажа приемников на выделенной опоре около здания или даже на дереве. В любом случае молниеприемник должен находиться выше уровня крыши здания.
  2. Тросовый приемник, где в качестве отвода применяется трос, протянутый между парой подпорок. Трос идет к токоотводу и заземлителю. Тросовый молниеприемник актуален для временных строений и для шиферных крыш. Важное условие: трос не должен соприкасаться с кровлей.
  3. Сеточный приемник — самая сложная защита от грозы в плане установки. Применяется на кровлях из металлочерепицы. Представляет собой сетку, сотканную из алюминиевой или стальной проволоки. Сечение проволоки — от 6 миллиметров и более. Сетку растягивают по всей площади кровли таким образом, чтобы ячейки сформировали квадрат размером приблизительно 6 на 6 метров. Сетка не должна соприкасаться с крышей, поэтому ее фиксируют на специальных опорах из древесины или другого токонепроводящего материала на высоте 6 – 10 сантиметров.

Сеточные молниеприемники на плоской крыше

Токоотводы

Устройство представляет собой проводник из металла, призванный соединять молниеприемник с заземлителем. Задача токоотвода — передача электрического разряда от приемника к заземляющему устройству. Количество отводов зависит от количества молниеприемников.

В качестве отвода обычно используют стальную проволоку диаметром 6 и более миллиметров. Подойдет металлическая лента толщиной от 2 миллиметров и шириной от 30 миллиметров. Токоотвод соединяют с приемником болтами, пайкой или сваркой.

При наличии стен из кирпича или пеноблока (т. е. стен из негорючего материала) токоотвод фиксируют вдоль стены. Токоотвод обычно стараются проложить в неприметном месте, чтобы устройство не портило внешний вид стены. При выборе места следует избегать участков в непосредственной близости от окон и дверей.

Соединение токооотвода с молниеприемником

Заземлитель

Заземление включает закопанные в грунт металлические заземлители. Все заземляющие устройства объединяют металлическими шинами в едином контуре. Наиболее простым заземлителем считаются пара прутов, вкопанных в землю на глубину 2 – 3 метра. Расстояние между прутами — от 3 метров и более. Соединение прутов осуществляется на глубине 50 – 80 сантиметров под землей. Токоотвод присоединяют к этой перемычке.

В случае с высоким уровнем грунтовых вод рекомендуется располагать заземляющее устройство горизонтально на глубине от 80 сантиметров. В качестве заземлителя лучше использовать металлический уголок или полосу.

Обратите внимание! Затраты на создание молниезащиты можно уменьшить, если использовать железобетонный фундамент как часть защитной системы. Для этого арматуру фундамента соединяют с молниеприемниками. В результате получается естественное заземляющее устройство.

Подключение молниезащиты к контуру заземления

Сечения проводников

Для каждого из элементов системы используют проводники разных сечений. Наименьшие допустимые сечения указаны в таблице:

МатериалРекомендованное сечение
ТокоотводЗаземлитель
Сталь50 квадратных мм/RD850 квадратных мм/RD880 квадратных мм/RD10
Алюминий70 квадратных мм/RD1025 квадратных мм/RD6Не применяется
Медь35 квадратных мм/RD616 квадратных мм/RD650 квадратных мм/RD8

Внутренняя защита

Данный вид защиты состоит в использовании устройства защиты от импульсных перенапряжений (сокращенно УЗИП). Перенапряжение возникает в результате воздействия электрического поля, созданного грозовым зарядом.

Токи, появляющиеся вследствие удара молнии, проходят по индуктивным и резисторным связям, что создает перенапряжение. В результате этого физического явления выходят из строя микросхемы, просто расплавляясь. Величина перенапряжения определяется от места удара молнии. Различают два типа перенапряжений:

  1. Первый тип связан с прямым ударом молнии. Это самый опасный тип перенапряжения.
  2. Второй тип характеризует последствия непрямого удара. В этом случае негативные воздействия возможны, однако сила удара меньше в 10 – 20 раз по сравнению с прямым ударом.

В целях защиты от перенапряжений на подстанциях и воздушных линиях используют разрядники и ограничители. В частных домах применяют упомянутый выше УЗИП. Данные устройства подразделяют на однофазные однополюсные и двухполюсные. Первые рассчитаны на 220 Вольт, к их верхнему контакту присоединяют фазу, а к нижнему — заземление. В двухполюсных моделях к верхнему дополнительному контакту присоединяется еще и ноль. Для 380-вольтных щитов применяют трехфазные УЗИП с тремя верхними контактами на три фазы.

УЗИП для защиты от вторичных проявлений молнии

Эффект действия УЗИП основан на снижении сопротивления в случае перенапряжении и отводе энергии импульсов в землю. При обычном уровне напряжения сопротивление значительно выше.

УЗИП подключают к домовому электрическому щиту. Счетчик электроэнергии и автоматы подключают после УЗИП. При подключении с заземлительным контактом соединяют заземлительный провод, а с фазным контактом — фазный проводник. Далее осуществляют соединение со счетчиком или вводным автоматом.

Методы крепления элементов

Тросы и провода приемников монтируют по одной из двух схем:

  • с применением натяжной системы (натягивают на молниеприемную мачту);
  • с помощью дистанционных фиксаторов.

Натяжной способ сопряжен с монтажом жестких анкеров у основания здания, на его стенах или кровле. Между анкерами протягивают трос, фиксируемый специальными зажимами. Между анкерами соблюдают расстояние 20 – 30 м. На плоских кровлях приемники оснащают дистанционными устройствами (например, кронштейнами) для поддержания определенной дистанции между тросом и крышей.

Крепление молниеприемников на крыше

На плоских крышах и стенах применяют угловые самозабивные фиксаторы, закрепляемые дюбелями. На крутых склонах кровли задача фиксации затрудняется, поэтому предпочтение отдается более приспособленным для этих целей коньковым зажимам. Такие зажимы специально выпускаются под цвет черепицы, что позволяет соблюсти внешнюю привлекательность кровли.

Молниеприемники и токоотводы соединяют между собой винтовыми зажимами. Детали бывают стальными (оцинковка), медными или латунными.

Проверка работоспособности системы

Для проверки системы на эффективность работы проводят испытания заземлительного контура, что позволяет выяснить уровень переходного сопротивления молниеотводов. Проверке подлежат все установленные системы защиты от ударов молнии.

Существуют нормативные документы, где устанавливаются сроки, с соблюдением которых проводятся проверки. Регулируется периодичность проверок: для первой и второй категорий — ежегодно, для третьей категории — один раз в три года. Однако и для третьей категории предусмотрена ежегодная проверка болтовых соединений на переходное сопротивление. Контуры заземления проходят внешний осмотр каждые полгода. На ежегодной основе осуществляется частичное вскрытие грунта для осмотра системы.

Проверка состояния систем молниезащиты

Суть испытательного процесса состоит в проведении внешнего осмотра и замерах показателя сопротивления. Внешний осмотр касается контактов между токоотводами и приемниками. Места сварных соединений простукивают молотком, чтобы проверить их прочность.

Согласно нормативам, допускается значительное превышение показателя сопротивления, но не более чем в пять раз от данных приемо-сдаточного тестирования. Замеры производятся с помощью специализированной техники, сертифицированной для таких работ.

Советы по эксплуатации системы

Чтобы молниезащита находилась в исправном состоянии, рекомендуется придерживаться ряда правил:

  1. После окончания зимы проверять все компоненты системы на способность выполнения своих функций.
  2. Отслеживать появление следов коррозии на металле. В случае потребности менять детали на новые.
  3. Один раз в два-три года прокрашивать элементы молниезащиты, прочищать контакты. При необходимости подтягивать проволоку, чтобы не допускать ее провисания.
  4. Каждые пять лет вскрывать заземление с целью проведения профилактического осмотра и обслуживания.

Изготовление защиты своими руками

При желании защитную систему реально сделать самостоятельно. Понадобится стальная проволока диаметром от 6 миллиметров. Необходимо наличие сварочного аппарата и умение работать с ним, поскольку все стыки должны быть надежными.

Самостоятельный монтаж системы молниезащиты для дома

В примере рассмотрим схему защиты для неметаллической кровли. Подготовленную сетку укладывают на крыше и соединяют токоотводом и заземлителем. Понадобится установить два изолятора, надетых на металлический трос. Готовую конструкцию размещают выше уровня крыши: примерно в 25 – 30 сантиметрах от конька.

После закрепления проволоки вокруг одной из труб следует подготовить петлю, которая в дальнейшем послужит для выполнения соединения с молниеприемником. Соединение выполняется путем пайки или сварки. Допустимы болтовые соединения.

Устройство грозозащиты для металлической крыши представляет собой штырь любой формы (круглой, прямоугольной, квадратной и т. п.). Штырь должен обладать достаточной прочностью, так как в будущем на него придутся серьезные нагрузки при ударах молнии. Важно отслеживать, чтобы штырь не окислялся (изделия из меди или оцинковки). Нельзя красить молниеприемник. Наименьшее допустимое сечение штыря — 1,2 сантиметра. Если применяется полая труба, один ее конец следует заварить.

При создании защитной системы рекомендуется соблюдать следующие рекомендации:

  1. Выбирать только качественные материалы. Медь, алюминий или латунь лучше стали подходят для выполнения задачи, так как последняя склонна к коррозии.
  2. Стальное заземление необходимо регулярно проверять на предмет ржавления.
  3. Вместо одного металлического стержневого молниеприемника лучше поставить несколько — это усилит защитные характеристики системы. Для частного дома средних размеров достаточно двух-трех стержней.
  4. При выборе длины стержней рекомендуется исходить из глубины промерзания грунта в регионе. Стержень должен уходить в землю глубже уровня промерзания на 20 – 30 сантиметров.
  5. Соединять стержни нужно исключительно токопроводящими материалами.
  6. Нельзя просто прикрутить проволоку к стержню с расчетом, что это и есть правильное соединение. Понадобятся обжимные гильзы и сварочные работы.
  7. Токоотводы нужно располагать в местах, недоступных для детей или домашних животных.
  8. Чем больше площадь контакта заземляющего устройства с грунтом, тем выше качество заземления.
  9. Заземление лучше устраивать в месте, где регулярно накапливается влага. При необходимости к участку, где произведена установка заземляющего контура, можно подвести сток.

Создание системы защиты от ударов молнии требует определенных знаний и навыков. Если уверенность в собственных возможностях недостаточная, лучше поручить выполнение работ специалистам.

Добавить комментарий