Устройство молниеотвода

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

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

Устройство и принцип работы типового громоотвода

Вся конструкция громоотвода представлена тремя элементами: молниеприемником, токоотводом и заземлителем. В зависимости от местных условий и ваших предпочтений каждый из них может иметь различное исполнение. Теперь разберем, зачем каждый из них нужен, и какой вариант выбрать в той или иной ситуации.

Молниеприемник

Из самого названия данного элемента происходит его назначение, по факту он выполняет роль электрода, принимающего электрический разряд молнии. Основной критерий для него – хорошая проводимость и термическая устойчивость, так как величина тока может достигать 100 – 200 кА, которая запросто пережжет тонкие проводники. В качестве молниеприемника могут устанавливаться:

• стержневые конструкции;
• решетка;
• трос;
• сама поверхность крыши.

Стержневые молниеприемники могут устанавливаться как непосредственно на самой крыше, так и на специальной металлической мачте. При этом их высота должна обеспечивать необходимую зону защиты для всех конструкций постройки.  Поэтому такой молниеприемник актуален для зданий с небольшой площадью и высотой.

Такие стержневые устройства могут быть медными, алюминиевыми или стальными. Первые два обладают хорошей устойчивостью к коррозионному разрушению, благодаря чему такой громоотвод практически не теряет проводимости и сечения даже при длительной эксплуатации. Металлический штырь из стали, в отличии от двух предыдущих, куда менее подвержен оплавлению от протекания больших токов, из-за чего он куда лучше подходит для местности с частыми ударами молнии.

Решетка в качестве молниеприемника используется для большой площади, к примеру, многоэтажных домов или торговых центров. В отличии от предыдущего варианта, она не влияет на дизайн постройки, поэтому может применяться в любых современных экстерьерах. Такой громоотвод должен иметь заданное сечение и размер ячеек, как правило, выбирается  арматура не менее  6 мм². Ее монтаж выполняется на безопасном расстоянии от крыши (не менее 15 см) через термоизолирующие несущие конструкции.

Тросовый громоотвод представляет собой гибкий провод, который растягивается над защищаемой территорией или постройкой. Позволяет защитить длинный участок при меньших затратах материалов на громоотвод. Выполняется как на отдельно стоящих опорах, так и на крыше дачной постройки. В первом случае опоры устанавливаются в начале и конце участка, а во втором, в начале и конце крыши.

Если в качестве кровельного материала применяются токопроводящие варианты (профнастил, металлочерепица и прочие), их можно использовать в качестве молниеприемника для громоотвода. Но при этом должны соблюдаться такие условия:

• толщина металлического слоя не менее 4 мм для стали, 5 мм для меди или 7 мм для алюминия;
• под кровельным материалом отсутствуют легко воспламеняющиеся материалы (утеплители, стропила и т.д.);
• снаружи металл не покрыт диэлектрическим материалом.

Изготовление  громоотвода из металлической кровли позволяет сэкономить средства на молниеприемнике.

Токоотвод

Представляет собой проводник, отводящий электрический ток от молниеприемника к заземлителю. Может выполняться из металлической проволоки или шины.  Должен иметь сечение не менее 16 мм², если изготовлен из меди, 25 мм² из алюминия, 50 мм² из стали. К токоотводу предъявляются такие требования:

• Должен изолироваться от стен и других конструкций дома;
• Для него выбирается наикратчайший путь протекания тока;
• Отсутствие изгибов и витков, на которых может произойти пробой воздушного промежутка;
• Достаточная проводимость в местах электрических соединений.

При необходимости токоотвод изолируется от поверхности дома при помощи кабельного канала или любым другим способом. Особенно актуальна такая процедура для зданий с токопроводящей отделкой или горючей поверхностью.

Заземлитель

Изготавливается в виде заземляющего контура, который закапывается в грунт. В качестве материала применяются стальные или медные элементы, которые закапываются в землю. Формируется из арматуры или шины, требования к которым устанавливаются п.1.7.111 ПУЭ и приведены в Таблице 1

Таблица 1

Материал	Профиль сечения	Диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, мм	Толщина стенки, мм
Сталь	Круглый:
черная	для вертикальных заземлителей;	16	–	–
	для горизонтальных заземлителей	10	–	–
	Прямоугольный	–	100	4
	Угловой	–	100	4
	Трубный	32	–	3,5
Сталь	Круглый:
оцинкованная	для вертикальных заземлителей;	12	–	–
	для горизонтальных заземлителей	10	–	–
	Прямоугольный	–	75	3
	Трубный	25	–	2
Медь	Круглый:	12	–	–
	Прямоугольный	–	50	2
	Трубный	20	–	2
	Канат многопроволочный	1,8*	35

Все детали заземляющего контура могут как закольцовываться и формировать замкнутую цепь,  так и выстраиваться в сплошную линию. Разумеется, что замкнутый вариант считается более надежным. Размеры контура подбираются в зависимости от местных условий.

Основное требование к заземляющему контуру – обеспечение установленной величины переходного сопротивления металл – земля, поэтому его лучше располагать в влажном слое, периодически поливать водой или обрабатывать материалами, уменьшающими переходное сопротивление и увеличивающими площадь тока растекания (древесный уголь и соль). Согласно п.1.7.103 ПУЭ сопротивление должно быть не более 5, 10 и 20 Ом для сетей с фазным напряжением 380, 220 и 127 В соответственно.

Расположение заземлителя делается не ближе 1 м от стен и 8 м от пешеходных дорожек. Так как в этой точке возникает шаговое напряжение, способное нанести удар током любому, кто находится в радиусе зоны поражения, поэтому приближаться к контуру во время грозы категорически запрещено, как и прикасаться к его токоведущим элементам.

Подготовка

На подготовительном этапе перед монтажом молниезащиты необходимо произвести расчет параметров будущего громоотвода и подобрать все элементы. Это позволит определить, попадут ли постройки в защитную зону и какие параметры необходимо изменить в случае возникновения недочетов.

Расчет защитной зоны

Если устройство молниезащиты предусматривает в качестве приемника решетку или поверхность крыши, то зона защиты будет полностью закрывать постройку. Но для тросовых и стержневых молниеотводов необходимо рассчитывать защитную зону.

Посмотрите на рисунок, зона защиты представляет собой конус в пространстве, где вероятность попадания молнии значительно сокращается.  Для определения параметров этого конуса по отношению к самому громоотводу и зданию производится расчет. Способы расчета зоны громоотвода для каждого типа выполняются на основании СО 153-34.21.122-2003.

Как рассчитать стержневой громотвод?

Посмотрите на рисунок, здесь изображены следующие параметры:

• h – высота самого громоотвода;
• h₀ – высота зоны защиты громоотвода;
• h_x – высота в определенной точке (устанавливается на уровне крыши здания);
• r₀ – радиус зоны защиты громоотвода на земле;
• r_x – радиус зоны защиты громоотвода в выбранной точке;
• x и y – расстояние от места установки молниеприемника до контура границы здания.

В зависимости от высоты установки громоотвода и требуемой надежности подбирается формула определения зоны, которую он защищает. Для этого используются данные из таблицы 2

Таблица 2

Надежность защиты	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0.9	От 0 до 100	0,85h	1,2h
	От 100 до 150	0,85h	(1,2-10-3(h-100))h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,8h
	От 30 до 100	0,8h	(0,8-1,43·10-3(h-30))h
	От 100 до 150	(0,8-10-3(h-100))h	0,7h
0,999	От 0 до 30	0,7h	0,6h
	От 30 до 100	(0,7-7,14·10-4(h-30))h	(0,6-1,43·10-3(h-30))h
	От 100 до 150	(0,65-10-3(h-100))h	(0,5-2·10-3(h-100))h

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

 Как рассчитать тросовый громоотвод?

На рисунке показана принципиальная схема зоны защиты для тросового громоотвода при его небольшой протяженности. При больших расстояниях из-за плохого натяжения в средней точке может возникать провисание, которое немного исказит границы защищаемой громоотводом области.

Посмотрите на рисунок, здесь зона громоотвода характеризуется такими параметрами:

• h – высота самого громоотвода;
• h₀ – высота зоны защиты громоотвода;
• h_x – высота в определенной точке (устанавливается на уровне крыши здания);
• r₀ – радиус зоны защиты громоотвода на земле;
• r_x – радиус зоны защиты громоотвода в выбранной точке;
• L – длина троса громоотвода.

По величине необходимой надежности, в зависимости от высоты громоотвода, параметры зоны защиты вычисляются по формулам из таблицы 3.

Таблица 3

Надежность защиты	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0.9	От 0 до 150	0,87h	1,5h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,95h
	От 30 до 100	0,8h	(0,95-7,14·10-4(h-30))h
	От 100 до 150	0,8h	(0,9-10-3(h-100))h
0,999	От 0 до 30	0,75h	0,7h
	От 30 до 100	(0,75-4,28·10-4(h-30))h	(0,7-1,43·10-3(h-30))h
	От 100 до 150	(0,72-10-3(h-100))h	(0,6-10-3(h-100))h

Радиус зоны громоотвода на  высоте здания вычисляется по формуле: r_x=r₀×(h₀-h_x)/h₀

Выбор материала для громоотвода

В качестве материала для громоотвода принято использовать три варианта: медь, алюминий и сталь. Медные громоотводы характеризуются длительным сроком эксплуатации и отличаются способностью сохранять свои параметры в течении всего периода установки даже на подземных участках. Но главным недостатком медного громоотвода является его высокая стоимость.

Алюминиевый характеризуется куда меньшим весом, поэтому создает незначительную нагрузку на несущие конструкции постройки.  Также имеет хорошую проводимость электрического тока. Но, со временем, подвергается разрушению от атмосферных факторов и легко поддается механической деформации.

Стальные наиболее прочные, они легко выдерживают ветровые нагрузки а элементы такого громоотвода можно соединить сваркой, в отличии от медных и алюминиевых. Также он характеризуется низкой себестоимостью. К недостаткам стального громоотвода является высокое удельное сопротивление и подверженность коррозии.

Место установки

Для установки громоотвода должна выбираться самая высокая точка. Поэтому его размещают на крыше здания, если ее высоты недостаточно для попадания всей постройки в зону защиты,  могут применяться специальные опоры или находящиеся поблизости деревья. Для определения актуального места установки громоотвода на план участка необходимо нанести зону защиты, полученную при расчете.

Крыша является наиболее выгодным вариантом, так как пик зоны защиты будет расположен над зданием. Отдельно стоящая опора или несколько позволяют смещать защищаемую громоотводом область в нужную точку участка, и отлично подходит для ситуаций, когда строения рассредоточены на участке. Использование дерева в качестве опоры позволяет сэкономить на приобретении и установке металлической или железобетонной конструкции, но обуславливает ряд сложностей в процессе эксплуатации поэтому считается нежелательным вариантом.

Пошаговая инструкция изготовления громоотвода

Наиболее простыми вариантами для дачного громоотвода является стержневой и тросовый, их вы сможете реализовать своими руками.  Чтобы не допустить ошибок и лишних затрат при монтаже молниеотвода, соблюдайте следующую последовательность.

Стержневого

Для сооружения громоотвода стержневого типа выполните следующие манипуляции:

• Подготовьте место для установки громоотвода – уберите все лишние предметы и обеспечьте ровную поверхность для фиксации.
• Установите металлический стержень в узел крепления, который придаст достаточную устойчивость при ветровых нагрузках, и зафиксируйте его болтовым соединением или сваркой.
  

  

• Закрепите узел с молниеприемником на крыше. Если конструктивные особенности крыши не позволяют сделать это непосредственно на самой поверхности, зафиксируйте узел крепления на фронтоне.
• Установите на крыше и поверхности стен кронштейны или стальные стержни для фиксации токоотвода.
  

  

Расстояние между ними и их высота подбирается таким образом, чтобы проводник не провисал к поверхности крыши и стен.

• Закрепите токоотвод – в местах крепления он не должен выскальзывать или выпадать из гнезда.
• Обеспечьте надежный электрический контакт металлических соединений в местах подключения молниеприемника, токоотвода и заземлителя.
  

  

Тросового

Монтаж тросового громоотвода выполняется идентично. В зависимости от конкретной ситуации трос может натягиваться гибким тросом между опорами или устанавливаться на кронштейнах. В первом случае молниеприемник будет провисать при изменении натяжения, поэтому крепление на кронштейне жесткой медной или стальной проволоки куда выгоднее. Такая процедура выполняется в следующей последовательности:

• Установите кронштейны по коньку крыши, способ их крепления выбирается в зависимости от местных условий.
  

  

• Закрепите проволоку в кронштейнах, фиксируется при помощи болтовых соединений или зажимов.
  

  

• Длину молниеприемника отрезайте с запасом, а лишние отрезки загибаются вверх по краям крыши.
  

  

• Установите токоотвод от троса к заземлителю;
• Соедините все три элемента при помощи сварки (для стальных конструкций) или болтовых соединений для других металлов.

Окончив установку любого из предложенных типов, обязательно проверьте сопротивление всей конструкции. В идеале проверка выполняется при помощи моста, но в домашних условиях подойдет и обычный мультиметр или контрольная лампочка.

Источник: www.asutpp.ru

Сначала разберемся в сути понятия. Молниеотвод обозначает одно и тоже, что Грозозащита или Молниезащита и отличается от Громоотвода, которым называют чаще только молниеприемную часть системы защиты зданий и сооружений. То есть молниеотвод – это «молниеприемник + токоотвод + заземление», или внешняя составляющая системы. Если посмотреть на схему любой комплексной молниезащиты, будь то частный дом или здание промышленного, офисно-административного назначения, то это ее часть, которая предназначена именно для защиты от прямых ударов молнии.

Конструкции (виды) молниеотводов

Всего существует 3-и базовые схемы: стержневой (рисунки а, б), тросовый (в) и молниеотвод в виде молниеприемной сетки (или сетчатый) (г). Комбинированная схема предполагает сочетание базовых вариантов.

По количеству одинаковых молниеприемных частей – одиночный, двойной и т.д.

По характеру и месту установки стержневые делятся на молниеприемные стержни, сборные стержневые, которые могут устанавливаться на фланцах, кронштейнах, специальных опорах или быть отдельно стоящими. Молниеприемные мачты как правило имеют телескопическую конструкцию и метод установки на или в грунт.

  

Тросовый – это трос, натянутый между опорами. Контур может быть любым, в том числе замкнутым. К нему по сути относится и самый простой и дешевый вариант молниеотвода для частного дома или дачи, когда вместо троса на небольшом расстоянии от конька кровли натягивают проводник радиусом 8-10 мм (алюминиевый, стальной или медный в зависимости от материала и цвета кровли) на расстоянии не менее 20 мм от самого конька, выводят его концы за крайние точки на расстояние  примерно 30 мм и загибают немного вверх.

 

Молниеприемная сетка используется на плоских или крышах с незначительным уклоном.

 

Итак, как мы сказали, система внешней молниезащиты может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы – стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие роль естественных молниеотводов), или может быть установлена на защищаемом здании и даже быть его частью.

Расчет молниеотвода

Выбор молниеотводов рекомендуют производить при помощи специальных компьютерных программ, способных на основании габаритов зданий, планов кровли и конструктивных элементов на ней вычислять вероятности прорыва молнии и зоны защиты. Вот почему надежнее обращаться в специализированные организации, которые быстро выдадут Вам различные варианты и конфигурации молниеотводов.

Хотя, если конфигурация защищаемого объекта позволяет обойтись простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры их можно определить самостоятельно, пользуясь заданными в Инструкциях СО 153-343.21.122-2003 и РД 34.21.122-87 зонами защиты.

Объект считается защищенным, если он целиком попадет в зону защиты молниеприемного устройства, которой присвоен требуемый уровень надежности.

Зона защиты одиночного стержневого молниеприемника (согласно СО 153-34.21.122-2003)

Стандартной зоной защиты в этом случае является круговой конус с вершиной, которая совпадает с вертикальной осью молниеотвода. Размеры зоны в этом случае определены 2-мя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом его основания r₀.

В таблице ниже указаны их значения в зависимости от требуемой надежности защиты для молниеотводов высотой до 150 м от уровня земли. Для больших высот необходимо применение специальных программ и методик расчета.

Для других типов и комбинаций молниеотводов вариации расчета зон защиты смотрите в главе 3.3.2 СО 153-343.21.122-2003 и Приложении 3 РД 34.21.122-87.

Теперь, чтобы определить попадает ли ваш объект Х в зону защиты рассчитываем радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x и откладываем его от оси молниеприемника до крайней точки объекта.

Правила определения зон защиты для объектов высотой до 60 м (согласно МЭК 1024-1-1)

В Инструкции СО есть методика проектирования молниеотводов для обычных сооружений по стандарту МЭК 1024-1-1, которая может быть принята только, если расчеты по ней получаются более «жесткие», чем требования указанной Инструкции.

По ней могут быть применены следующие 3-и способа для разных случаев:

• метод защитного угла для простых по форме или маленьких частей больших сооружений
• метод фиктивной сферы для сооружений сложной формы
• защитная сетка в общем случае и в особенности для защиты поверхностей

В таблице для разных категорий (уровней) молниезащиты (подробнее о категориях или классах здесь) приведены соответствующие значения параметров каждого из методов (радиус фиктивной сферы, предельно допустимые угол защиты и шаг ячейки сетки).

Метод угла защиты для кровельных надстроек

Величина угла выбирается по графику на диаграмме для соответствующей высоты молниеотвода, которая отсчитывается от защищаемой поверхности, и класса молниезащиты здания.

Зона защиты, как уже было сказано выше, – это круговой конус с вершиной в верхней точке стержня молниепремника.

Метод фиктивной сферы

Применяется, когда сложно определить размеры зоны защиты для отдельных конструкций или частей здания по методу защитного угла. Ее границей является воображаемая поверхность, которую очерчивает сфера выбранного радиуса r (см. таблицу выше), если бы ее прокатили по вершине сооружения, обходя молниеотводы. Соответственно объект считается защищенным, если эта поверхность не имеет с ним общих точек пересечения или касания.

Молниеприемная сетка

Это проводник, уложенный сверху на кровлю с выбранным в зависимости от класса молниезащиты здания шагом ячейки. При этом все металлические элементы на крыше (зенитные фонари, вентиляционные шахты, воздухозаборники, трубы и т.п.) обязательно должны быть соединены с сеткой. Иначе для них необходимо смонтировать дополнительные молниеприемники. Более подробно о конструктивных особенностях и вариантах монтажа можно прочитать в материале «Молниезащита на плоской кровле».

Шаг ячейки по российским нормам выбирают исходя из категории молниезащиты здания (может быть меньше, но никак не больше).

Молниеприемная сетка монтируется с соблюдением ряда условий:

• проводники прокладывают наикратчайшими путями
• при ударе молнии у тока для отвода к заземлению должна быть возможность выбора хотя бы 2-х разных путей
• при наличии конька и наклоне кровли более, чем 1 к 10, проводник нужно обязательно проложить по нему
• никакие части и элементы, выполненные из металла, не должны выступать за внешний контур сетки
• обязателен внешний контур сетки из проводника, смонтированный по краю периметра крыши, а край крыши должен выступать за габариты здания

Материалы и сечения проводников молниеотвода

В качестве материалов, используемых для производства молниеприемного оборудования и токоотводов используются оцинкованная и нержавеющая сталь, медь и алюминий. К ним предъявляются требования коррозионной стойкости и механической прочности, если используется защитное покрытие, то оно должно иметь хорошую адгезию с основным материалом.

В таблице указаны требования к профилю проводников и стержней по минимальной площади сечения и диаметра (согласно ГОСТ 62561.2-2014)

Монтаж молниеотвода для частного дома и промышленного здания

Рассмотрим какие же элементы монтажа включают в себя обычно система внешней молниезащиты. На рисунках ниже показаны примеры молниеотвода частного дома и промышленного здания.

Соответсвующими номерами здесь обозначены следующие изделия и их наименования:

Круглые и плоские проводники, тросы

 

 

Компоненты молниезащиты на плоских кровлях, перемычки и компенсаторы

 

Компоненты молниезащиты на скатных кровлях, кровельные держатели проводника

 

Компоненты молниезащиты на металлических кровлях, кровельные держатели проводника

 

Токоотводы, держатели токоотводов

 

Стержни земляного ввода, соединительные проводники, смотровые колодцы, держатели проводников

 

Клеммы для водосточных желобов, клеммы, соединительные компоненты

 

Молниеприемники, компоненты

 

 

Изолированная молниезащита

 

 

Монтаж можно разделить на три этапа: устройство молниеприемной части внешней молниезащитной системы (молниеприемники и их элементы крепления), прокладка токоотводов (кровельная и фасадная часть здания) и земляные работы по устройству заземления. Как правило у всех компаний стоимость работ составляет некоторый процент от цены материалов.

Источник: www.mzke.ru

Вы знали, что в тропических лесах можно наблюдать молниеотводы, созданные самой природой? Это лианы. Обвивая дерево и вплетаясь в его крону, лиана образует путь для отвода электрического тока молнии в землю: в случае удара молнии, сама лиана полностью сгорает, зато спасает дерево, на которое опиралась. Таким образом, живая природа давно использует принцип молниезащиты с помощью молниеотводов.

В нашем сегодняшнем понимании молниеотвод — это искусственное устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты объекта от попадания в него молнии. А между тем, Храмы Древнего Египта были оснащены высокими мачтами обитыми медью. Храм царя Соломона также имеет подобные защитные сооружения. Получается, что люди с древних времен понимали, как важно защищать здания от молний.

Изобретение молниеотвода

В эпоху Просвещения Французский физик Жак Ром, приблизительно в одно время с американским изобретателем Бенджамином Франклином, запускал проволочного воздушного змея во время грозы. Это было в начале 50-х годов XVIII столетия. Электрическая природа молнии тогда полностью подтвердилась.

В Российской империи молниеотводы, независимо от Франклина и Рома, были изобретены в 1753 году Михаилом Васильевичем Ломоносовым и Георгом Вильгельмом Рихманом.

О правильном способе установки молниеотводов для защиты очень подробно писал Франклин. Он предлагал использовать тонкий как гвоздь длинный железный стрежень, вкопанный во влажную землю на метр глубины, и приблизительно на 2 метра возвышающийся над наивысшей точкой здания.

К верхнему концу стержня надлежало прикрепить 30 сантиметровый кусок медной проволоки «толщиной с вязальную спицу, заостренный как игла». Для устойчивости стержень предлагалось крепить к стене дома прочной веревкой.

Для высоких зданий Франклин предлагал прибегнуть к установке двух таких стержней (по одному с каждой стороны дома), соединенных под коньками крыши проволокой.

Принцип действия описывался так: острие будет притягивать к себе молнию и отводить ток в землю, так что молния уже не сможет никому причинить вреда. Подобным образом Франклин предлагал защищать и морские суда, где провод с острием должен был быть закреплен на верхушке мачты и спускаться в воду по обшивке.

Устройство современного молниеотвода

На сегодняшний день мы хорошо понимаем природу разряда молнии и принципы защиты от нее. Грозовое облако накапливает и несет на себе объемный электрический заряд. В это же время на поверхности Земли индуцируется большой поверхностный заряд противоположного знака, соответственно у поверхности Земли значительно возрастает напряженность электрического поля.

Наибольшие величины напряженности электрического поля имеют острия заземленных проводников, по этой причине на верхушках молниеотводов зажигаются коронные разряды, и воздух вблизи них значительно ионизируется.

Вследствие ионизации напряженность электрического поля на острие уменьшается, в связи с чем вероятность удара молнии в данное место снижается. Если разряд все же происходит, то заряд вырывается из молниеотвода и ток уходит таким образом через него — в землю, не причиняя ущерба объекту.

Конструкция молниеотвода включает в себя три части.

Молниеприемник располагается в верхней точке защитной конструкции и служит для приема разряда в момент соединения с каналом молнии. Молниеприемник — не обязательно штырь, это может быть натянутый над объектом трос или сетка.

Токоотвод представляет собой провод большого сечения, который соединяет молниеприемник с заземлителем, с тем чтобы отвести заряд в землю. Третья часть — заземлитель. Заземлитель — это проводник (обычно разветвленный), заглубленный в грунт и непосредственно контактирующий с землей.

Три элемента молниеотвода крепятся на несущей конструкции, которая может располагаться либо на защищаемом объекте, либо возле него. Кроме того молниеотвод может быть встроен в декоративные элементы объекта.

Высота от поверхности земли до молниеприемника делается по возможности большей, однако минимальная высота должна составлять не менее чем 58% защищаемого от молнии радиуса.

Радиус действия молниеотвода можно в принципе повысить, разместив на молниеприемнике источник гамма-излучения, способствующий ионизации при более низкой напряженности наведенного электрического поля на острие. Такиим образом работают устройства активной молниезащиты.

Виды и конструктивные особенности молниеотводов

В качестве стержневых молниеприемников применяют медные штыри диаметром около 15 миллиметров. Радиус защиты таких решений меньше чем у тросовых, однако неброский внешний вид порой бывает важнее.

Тросовые молниеприемники защищают большую площадь чем стержневые. Они применяются, например, для защиты линий электропередач. Проводящий трос соединяется с токоотводом при помощи болтов.

Сетчатый молниеприемник представляет собой металлическую сетку, которая может быть установлена прямо на крыше дома, либо натянута над защищаемым сооружением.

Токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем обычно представляет собой толстый медный (или алюминиевый) провод, прикрепленный с одной стороны к молниеприемнику, с другой стороны — к заземлителю, при помощи муфт.

Для крепления токоотвода к несущей конструкции применяют элементы из диэлектрических материалов, а для защиты от внешних воздействий данный проводник помещают в кабель-канал.

Касаемо заземления для молниеотвода важно отметить, что оно всегда представляет собой отдельный контур, который ни при каких условиях НЕ может быть использован для заземления через него же электрической сети. Если так сделать, то от попадания молнии в молниеотвод могут пострадать питаемые от сети потребители.

Минимальная глубина установки заземлителя обычно принимается равной 50 см. В качестве основных элементов здесь используют три металлических стержня длиной от 3 метров и сечением не менее 25 кв.мм. Стержни скрепляются друг с другом болтами с применением шин либо свариваются в форме расположенного параллельно поверхности земли правильного треугольника.

Смотрите также по этой теме:

Молниезащита в частном жилом доме или даче

Как защитить электропроводку от грозовых перенапряжений

Дополнительно:

Электронная книга «В двух словах о молниезащите (проектирование, подключение, заземление и испытания) — IEC 62305, nVent / ERICO», 92 стр. — скачать файл в PDF (на английском языке).

Рисунок «Молниеотводы и устройство молниезащиты жилых, административных и промышленных зданий» с портала electrical-engineering-portal.com:

Источник: electrik.info

Принцип действия и устройство

Система защиты от молнии состоит из трех компонентов:

• молниеприемник;
• токоотвод;
• заземлитель.

Схема устройства представлена на рисунке ниже.

Функция приема разряда молнии возлагается на молниеприемник. По токоотводам электричество поступает в заземлительный контур, который передает разряд в грунт.

Молниеприемник

Существует три разновидности молниеприемников:

• стержневой;
• штыревой;
• сетчатый.

Также в качестве приемника может выступать сама крыша.

Стержневой приемник представляет собой металлический штырь, установленный на станине (на кровле, рядом со зданием, на высоком дереве). С помощью токоотвода (проводника) штырь соединяется с заземлительным контуром. Для изготовления громоотводов применяют медь, алюминий или сталь. Причем первая— оптимальный вариант с точки зрения качества защиты, а самые дешевые приемники производятся из стали.

Сечение молниеприемника стержневого типа должно составлять не менее 35 кв. мм, если речь идет о меди, и 70 кв. мм — для стальных устройств. Длина штыря колеблется от 50 до 200 см.

Стержневые приемники обычно выглядят эстетично, однако площадь их покрытия не слишком большая. Для расчета покрываемой территории от наивысшей точки штыря прочерчивают мысленную линию к уровню земли под углом 45 градусов. Защищенным является все пространство, оказавшееся в треугольнике по периметру. Ввиду маленькой зоны действия, стержневые громоотводы используют для защиты небольших домов, банных построек, гаражей и т.п.

Обратите внимание! Молниезащиту можно как сделать своими руками, так и приобрести готовую.

Сеточные молниеприемники выполняются в виде металлических сеток и представляют собой арматурный каркас с ячейками размером от 3 до 12 м. Толщина арматуры — в среднем 6 мм. Сетку размещают на определенной высоте над материалом кровли, оставляя зазор не менее 15 см. Наиболее подходящие объекты для применения сеточных систем — большие кровли (многоквартирные дома, торговые центры, промышленные и складские здания и т.п.).

Тросовый приемник располагается на двух или четырех мачтах, связанных друг с другом проволокой из стали или алюминия. Трос протягивают по коньку крыши, используя деревянные бруски, которые выступают в качестве опор. Наименьший рекомендуемый диаметр троса — 5 мм.

По сравнению со стержневыми описываемые устройства покрывают гораздо большую площадь. С точки зрения эффективности тросовые системы лучше, чем стержневые или сеточные приемники справляются с задачей защиты от молнии. Особенно распространены такие системы на шиферных кровлях.

Иногда в качестве молниеприемника используют саму крышу. Это возможно, когда кровля изготовлена из профнастила, металлической черепицы и любых других материалов, в основе которых есть металл. Существуют требования, которые дисквалифицируют конструкционный материал кровли, если его толщина меньше 4 мм (иначе возможно его прожигание молнией). Также не допускаются какие-либо горючие материалы, способные легко воспламениться.

Токоотвод

Для изготовления проводников применяют шестимиллиметровую медную, стальную или алюминиевую проволоку. Соединения с другими элементами системы — молниеприемником и заземлительным контуром — выполняют посредством болтов или сварных швов. Токоотвод нуждается в качественном изолировании от окружающей среды (подойдут кабель-каналы). Еще одно требование — выбор для токоотвода самого краткого пути от молниеприемника к заземлительному устройству.

Заземлитель

Заземлительный контур располагают неподалеку от здания. При этом выбирают место, находящееся вне прогулочной территории и поближе к какому-либо ограждению. Электрический заряд, поступающий к заземлительному контуру через токоотвод, через металлические стержни отводится в грунт. Стержни вкапывают в землю на глубину примерно 80-100 см. Их размещают таким образом, чтобы они при соединении формировали треугольник.

Подготовительные мероприятия

Перед тем как сделать громоотвод необходимо провести подготовку. Причем по важности этот этап ничем не отличается от собственно процесса установки молниезащитной системы. Понадобится произвести расчеты согласно формуле, подобрать материалы и найти правильное место для установки молниезащиты.

Формула расчета

Молниезащита — достаточно сложная и ответственная в силу выполняемых задач система. При ее планировании необходимы точные расчеты и оценка потенциальных рисков. В то же время необходимости в чрезмерно сложных математических вычислениях нет. Нужно лишь определить зону действия системы, исходя из формул. Для стержневого молниеотвода существуют коэффициенты, применяемые для расчета нужной высоты устройства. Используется такая формула:

Она подходит для громоотводов высотой до полутора метров, что вполне достаточно для обеспечения защиты частного дома от ударов молнии.

Материал для громоотвода

Для создания защитной системы понадобятся конструкционные материалы. Придется сделать выбор из стали, меди или алюминия. При этом площадь необходимого поперечного сечения будет отличаться, что продиктовано разным сопротивлением каждого вида из перечисленных металлов. Чтобы объяснить сказанное более наглядно, внизу приведена таблица, в которой указаны минимальные требования к компонентам молниезащиты, исходя из вида металла:

Исходя из данных, представленных в таблице, оптимальный выбор материала — медь. Однако наиболее дешевым вариантом громоотвода, изготовленного своими руками, является сталь.

Токоотвод отличается меньшим сечением в сравнении с другими компонентами защитной системы. Рекомендуется постепенно увеличивать его толщину от приемника к заземлительному контуру.

Совет! При создании молниезащиты желательно применять один и тот же вид металла для всех элементов конструкции.

Для изготовления молниезащиты необходимы такие материалы и инструменты:

1. Молниеприемник. В случае со стержневой системой понадобится металлический заостренный штырь. Также подойдет ТВ-мачта или антенна для приема радиосигналов. В продаже имеются готовые приемники, например, GALMAR или SCHIRTEC.
2. Металлическая проволока нужного сечения.
3. Устройства для заземления (металлические штыри, трубы или лента).
4. Пластиковые фиксаторы, скобы, болты.
5. Инструменты для выполнения работы (сварочный аппарат, электродрель, молоток, лопата).

Место установки

Громоотвод следует располагать на наиболее высокой точке из имеющихся на участке. При этом нужно помнить про защитную конусообразную зону. Громоотвод должен находиться в таком месте, чтобы здание полностью было покрыто защитой. Получается, что, чем более отдален громоотвод от дома, тем выше он должен быть.

По финансовым соображениям предпочтительнее разместить молниеприемник на кровле здания. В этом случае не понадобится сооружение высокой опоры, которая к тому же вряд ли будет эстетически привлекательной.

Совет! Не рекомендуется установка громоотвода в центральной части крыши. Лучше поставить приемник с краю кровли и зафиксировать его к стене. При таком подходе уменьшается риск попадания молнии в какую-либо часть кровли.

Отдельный вопрос — правильное размещение заземлительного устройства. При ударе молнии высокомощный разряд проходит в землю и в этот момент рядом с заземлителем не должны находиться живые существа. Поэтому разработаны требования к минимальным расстояниям от заземления к стене дома — 1 м и до пешеходных дорожек — 5 м. Заземляющее устройство должно быть установлено в таком месте, где нет вероятности нахождения людей. К тому же, вокруг заземлителя следует установить ограждение и поставить рядом предупреждающий знак.

Обратите внимание! Эффективная работа заземления возможна только во влажном грунте. Это нужно учитывать при выборе места для заземлительного контура. Если постоянно мокрый участок отсутствует, следует задуматься об искусственном орошении.

Установка тросового молниеотвода

Прежде всего нужно протянуть проволоку по коньку кровли. Она будет выступать в качестве приемника для молнии. Если крыша изготовлена из пожароопасных материалов (древесина, пластиковая черепица и т.п.), проволоку следует расположить на высоте не менее 15 сантиметров от материала. При этом поддерживающую для нее функцию будут выполнять пластиковые фиксаторы. Концы проволоки закрепляют на металлических мачтах (их называют горизонтальными приемниками).

Токоотвод фиксируют к приемнику с помощью сварочного аппарата болтовыми соединениями или заклепками. На смежные участки наносят изоляцию. На кровле токоотвод закрепляют скобами, а на стенах — пластиковыми фиксаторами. Проводник лучше разместить в кабельном канале, чтобы избежать пагубного воздействия на него влажности.

Заземление создают так:

1. Копают траншею глубиной от 80 см.
2. Забивают в дно ямы металлические штыри.
3. Соединяют их стальной трубой или лентой. Для этого используют сварочный аппарат.
4. Отводят ленту к участку соединения с токоотводом.
5. Состыковывают токоотвод с заземлителем.

Установка стержневого молниеотвода

Для монтажа стержневой системы понадобится высокая станина. Ее функции сможет выполнять, например, мачта ТВ-антенны. Приемник фиксируют к ней сварным или болтовым соединением.

Установка токоотвода и заземлителя осуществляется так же, как описано выше, когда речь шла о тросовой молниезащите. После завершения установки следует протестировать сопротивление системы. Максимально допустимый показатель — 10 Ом.

Дерево в качестве громоотвода

Для создания молниеотвода своими руками подойдет обычное дерево. При этом его высота должна превышать уровень крыши здания примерно в 2,5 раза. Расстояние до дома не должно быть меньше 3 м.

Один конец пятимиллиметровой проволоки приваривают к заземляющему устройству и закапывают соединение в землю. Оставшийся конец будет приемником. Его подводят к верхушке дерева.

Уход за конструкцией

Металлические устройства чувствительны к отрицательным воздействиям окружающей среды. Чтобы избежать развития коррозийных процессов и сохранить рабочие свойства металлов, необходимо регулярно проводить осмотры системы защиты от молнии.

С наступление весны — перед началом грозового сезона — необходимо провести визуальное исследование всех компонентов системы. В процессе эксплуатации металл бывает настолько поврежден, что не обойтись без замены деталей.

Особое внимание следует уделять контактам. Некачественный контакт приводит к размыканию системы и возгоранию. Если нужно, их прочищают от окиси.

Подземную часть молниезащиты также нужно проверять. Однако ввиду трудоемкости процесса, разрешается делать это не каждый год, а один раз в трехлетний период.

Молниезащита – настолько важный элемент обеспечения безопасности жильцов и здания, что браться за ее создания стоит только при полной уверенности в своих знаниях и опыте. Если этого чувства недостаточно, лучше поручить выполнение работы профессионалам.

Источник: 220.guru

Виды молниеотводов

В зависимости от места и особенностей монтажа, стержневые установки молниеотводов делят на молниеприемные и сборные конструкции. Для монтажа сборных моделей применяют фланцы, кронштейны, специализированные опоры, иногда их выполняют в виде отдельно стоящих конструкций. Такие конструкции называются молниеприемными мачтами, благодаря телескопической конструкции их монтаж максимально упрощен, их устанавливают непосредственно в грунт.

Ещё одной вариацией молниеотвода является тросовая. Конструктивно такой вид молниеотводов представляет собой трос, соединяющие отдельные опоры. Контур варьируется, бывает замкнутым. Наиболее простой моделью такого молниеотвода для частных домов и дач является не трос, а проводник радиусом до 1 см. Он изготавливается из алюминия, стали либо меди и монтируется на расстоянии 2 и более см от конька. Концы же выводятся за крайние точки на расстоянии на расстоянии около 3 см и загибаются вверх.

Особенности устройства молниеотвода

Устройство молниеотвода предусматривает несколько ключевых компонентов. Речь идёт о молниеприемнике, токоотводящем устройстве, заземлении, которые скомбинированы между собой.

Стержневые приемники молнии заостряют на конце. В них и ударяет молния во время грозы. Наиболее часто эта разновидность молниеотводов встречается в форме медных штырей с диаметром 0,15 см. Их располагают достаточно высоко, но делают это таким образом, чтобы избежать излишнего притяжения электрических разрядов молнии. Стержневые молниеотводы наиболее привлекательны с эстетической точки зрения, в отличие от тросовых моделей. К недостаткам же относят небольшой радиус защиты участка. От высоты металлического штыря зависит и площадь защищенной территории.

Тросовые приемники без проблем справляются с защитой больших участков, чего не скажешь о стержневых моделях. Тросовая конструкция применяется в устройствах линий электропередач. Здесь вместо металлического штыря используется трос, соединенный с оставшимися элементами с помощью болтов.

Бывают и сетчатые молниеприемники, которые представляют собой обычную металлическую сетку, установленную на крыше дома.

Следующим компонентом системы отведения молнии является токоотвод, в состав которого входят толстые алюминиевые или медные провода. Данные провода прикреплены к приемнику молнии и заземляющему контуру с помощью специальных муфт. Для крепления токоотвода на стене применяют пластиковый крепеж. Конструкцию обязательно защищают от пагубного воздействия окружающей среды, используя пластиковые кабель-каналы.

Сами же болтовые соединения должны соответствовать нормативам ГОСТ 7798-70, а башня производится из высококачественной стали. Ниши под болты просверливают либо продавливают. Конструкцию подбирают и комплектуют в соответствии с будущими эксплуатационными условиями, с учетом площади и типа объекта, ветровых нагрузок, расположения на участке по отношению к другим сооружениям.

Заземление

Основные элементы заземления находятся в грунте. Заземлитель состоит из металлических стержней, сваренных между собой, либо скрепленных болтами.

Заземление системы отведения молнии является важной частью всей конструкции. Этот заземляющий контур аналогичен устройству заземления дома. Критически важно, чтобы между разными контурами заземления не было контакта. В противном случае возможен выход из строя электроприборов во время грозы, также вероятно возгорание отдельных элементов конструкции дома.

Классификация степеней надежности защиты

Молниезащита создает вокруг себя зону, где вероятность прямого разряда молнии минимальна. Систему обустраивают, рассчитывая зоны молниезащиты с учетом высоты нахождения наивысшей точки молниеотвода и оптимальной степени надежности в заданных условиях эксплуатации.

По степени надежности молниеотводы классифицируют на несколько категорий:

1) Категория А. Такие молниеотводы с вероятностью более 99,5 % перехватят прямой удар молнии в момент грозы.

2) Категория Б. Молниеотводы этой категории гарантируют перехват молнии с вероятностью от 95 до 99,5 %.

Расчет и установка молниеотвода

При выборе молниеотвода применяют специальное программное обеспечение, которое вычисляет возможность прорыва молнии и определяет оптимальную защиту с учетом габаритов здания, планировки кровли и других особенностей строения. В зависимости от результатов расчетов, возможна различная конфигурация молниеотводов.

Иногда, в связи с простотой конфигурации объекта, возможна установка молниеотвода простейшей конструкции. Речь идёт об одиночных, двойных тросовых моделях с отличающимися зонами защиты.

Уровень защищенности объекта считается достаточным, когда установлен молниеотвод требуемых размеров и конфигурации – в полном соответствии с предварительными расчетами.

В качестве примера рассмотрим однократную стержневую молниезащиту. Её зона безопасности ограничена внутренним объемом конуса, а его вершина и верхушка молниеотвода совпадают. Форма основания круглая, а её радиус для зоны А рассчитывают по формуле:

r = (1,1 — 0,002 h) h,

В этой формуле под r нужно понимать радиус основания, а под h – высоту молниеотвода.

Зону Б просчитывают уже по другой формуле: r = 1,5 h.

Учитывают и высоту объекта h0, который находится в зоне безопасности, созданной молниеотводом высоты h. Расчет производят по следующей формуле:

Зона А: h0 = 0,85 h; радиус объекта: r0 = (1,1 — 0,002 h) (h — h0 / 0,85).

Зона Б: h0 = 0,92 h, радиус объекта: r0 =1,5 (h — h0 / 0,92).

С учетом высоты зданий, которые уже имеются на участке, рассчитывают нужную высоту молниеотвода:

h = (r0 + 1,63 h0) / 1,5.

ПРИМЕЧАНИЕ: двойные модели рассчитываются по другой формуле.

При расчете зоны молниезащиты принимается во внимание высота молниеотводов h, удаленность между точками их монтажа, высота объектов, которые расположены на территории.

Формула для расчетов многократного молниеотвода отличается. Если они имеют большую площадь покрытия, нужно учитывать парные точки, расположенные рядом.

Формула, по которой рассчитывают тросовую молниезащиту, выглядит следующим образом:

H = h0-(0,14+5*10-4h)(L-h);

L – колеблется в пределах от h до 2h.

При расчете тросового молниеотвода учитывают три важных параметра: удаленность между точками фиксации, высота опор, уровень провисания в центральной части троса.

Благодаря грамотному расчету зон молниезащиты обеспечивается максимальная безопасность и сохранность объектов.

Преимущества молниеотводов

Типовые молниеотводы, которые имеют граненые опоры, востребованы благодаря высоким показателям эффективности защиты от молнии. К другим преимуществам таких конструкций относятся:

• Простота монтажа и дальнейшего обслуживания.
• Большой ассортимент моделей, благодаря чему удается подобрать оптимальный вариант с учетом эксплуатационных условий и дислокации.
• Молниеотводы могут, помимо защитных функций, выполнять и другие задачи. К примеру, освещать дорожное полотно, тротуары, парковки и другие площадки.
• Благодаря антикоррозийному покрытию они без проблем справляются с негативным воздействием окружающей среды, а прочность фиксации обеспечивается с помощью фланцев. Конструкции без проблем справляются с ветровой нагрузкой, величина которой зависит от дислокации объекта.
• Длительный эксплуатационный ресурс.
• Привлекательный внешний вид.
• Легкость совмещения молниеотвода и осветительной арматуры.
• Молниеотводы выдерживают порывы ветра, подходят для размещения в районах с повышенной ветровой нагрузкой.

Без применения молниеотводов не обходится практически ни одно здание независимо от его предназначения и особенностей эксплуатации. Правильность же подбора и монтажа такого устройства напрямую влияет на уровень безопасности.

Источник: umecon.ru