Система защиты от молнии | ELSNAB

С 8 марта, милые женщины!
Внимание: с 8 по 11 марта выходные дни.
Далее »
С наступающим Новым годом и Рождеством!
В предновогодние дни мы работаем с изменениями в графике: 25 декабря, 1, 2, 6, 7, 8 января у нас выходные дни!
Далее »

Система молниезащиты

12/Июль/2013(Пт) |

Кем изобретён громоотвод или система молниезащиты, как рассчитать эффективный молниеотвод, конструкции отводов молнии, заземление молниеотвода и особенности их строения, описание внутренней и внешней защиты от молний

Изобретение громоотвода или молниеотвода

В принципе система молниезащиты на удивление проста. Стоит задача — встретить молнию на подлёте к вашей антенне или крыше и сделать так, чтобы она изменила свое первоначальное направление и, скользнув вдоль стены, ушла в землю рядом. Поэтому молниезащита состоит из трех основных частей: молниеприёмника; токоотвода; заземлителя.
Молниеприемник получает удар молнии, передает его токоотводу, а тот — заземлителю, который гасит разряд в толще грунта.
Малоизвестно, что изобретателем громоотвода (правильнее — молниеотвода) был гражданин США Бенджамин Франклин. Большинство знают его в лицо только по изображению на купюре в 100 долларов. Франклин посвятил изучению электричества семь лет. Главным итогом этого увлечения и стал молниеотвод.
В 1752 г. Франклин доказал, что молния — это электрический разряд. Он запустил воздушного змея с металлической пластиной в грозовую тучу. Когда молния ударила в пластину, из нее посыпались искры.
Этот опыт был очень опасным, и ученого, пытавшего его повторить, убило молнией. Но опыт помог Франклину доказать, грозовые тучи имеют статический заряд и что молния очень мощный разряд. В том же году Франклин установил первый громоотвод в стене дома.
Громоотвод улавливал молнию и безопасно для дома отводил ее разряд в землю. За остальные годы своей многогранной творческой деятельности Франклин сумел создать карту течения Гольфстрим, изобрел экономичную печку, до сих пор распространенную в Америке и Франции, придумал уличные фонари и двойные очки для старческой дальнозоркости, да и ещё был избран президентом США.

Расчет эффективной молниезащиты небольшого дома

Шаг 1. Определение высоты дома. По коньку крыши проводится провод, образующий центральную линию токоотвода. Определяем высоту расположения этой линии h. Эта практически высота дома. Она является точкой отсчёта при планировании всей системы молниезащиты. В нашем случае высота дома составляет 11м.
Шаг 2. Определение угла защиты α. Высота дома (в нашем случае 11м) образует горизонтальную ось диаграммы. После этого проводим вертикальную линию от значения высоты h вверх до ее пересечения кривой соответствующей категории защиты (в нашем случае III). Соответствующая точке пересечения позиция на вертикальной оси диаграммы сообщает нам значение угла защиты α. В нашем случае он составляет 60°.
Шаг 3. Перенесите этот угол на наш дом. Все включённые в данную зону части дома защищены.
Шаг 4. Защита частей дома, находящихся вне угла защиты. Части дома, находящиеся вне зоны защитного угла, должны быть защищены отдельно. В нашем случае незащищенной является, во-первых, труба. Она имеет диаметр 70 см, должна быть снабжена молниеотводной мачтой длиной 1,50 м. Во-вторых, чердачные окна на крыше снабжаются отдельными коньковыми проводниками. Окончания конькового провода должны выступать над крышей и быть загнутыми к верху по длине на 0,15 м. Это необходимо для защиты выступающего козырька дома.
Это простейший расчет молниезащиты дома. Он не учитывает многих особенностей дома и участка, состояния почвы. Поэтому расчет в более сложных случаях нужно доверить профессионалам. Это ваша безопасность.
Молниеприемники. В ряде случаев в качестве молниеприёмников можно использовать металлические элементы труб, металлическую кровлю, карнизы, соединенные с заземлителем. Но могут быть и специальные конструкции. В общем случае молниеотвод –  это устройство из трех основных элементов:
  • молниеприёмника, который принимает разряд молнии;
  • токоотвода, который должен направить принятый разряд в землю;
  • заземлителя, который отдает заряд земле.
Задача — встретить молнию на подлете к вашей крыше и сделать так, чтобы она изменила свое первоначальное направление и, скользнув вдоль стены, ушла в землю рядом. Молниеприемник встречает удар молнии, передает его токоотводу, а тот — заземлителю, который гасит разряд в толще грунта.
Для частного дома этого оказывается достаточным. Молниеприемник может иметь вид металлического штыря (стержневой), натянутого вдоль конька крыши металлического троса или металлической сетки из арматуры с шагом ячеек обычно 6-12 м.
Будьте осторожны! Для защиты от прямого удара молнии следует устанавливать молниеприемник на такую высоту, чтобы в зону защиты (это все, что вмещается в конус, высота которого определяется высотой молниеприемника, а диаметр основания равен тройному значению высоты) попадали выбранные объекты.
Для таких молниеотводов используют достаточно высокие, стоящие рядом деревья или сооружают мачты. Но мачты с молниезащитой не всем по карману, хотя они признаны надежными (а в ряде случаев и единственно допустимыми), да и пейзаж они не облагораживают. Поэтому чаще всего применяют тросовые и сетчатые молниеприемники.
Для строений с неметаллической кровлей допустима упрощенная схема молниезащиты.
Классическая конструкция молниеотвода. На самом высоком месте кровли устанавливают при помощи деревянных подпорок стальной стержень круглого сечения диаметром 12 мм.
Его можно сделать и из стальной трубы, только обязательно с запаянным или закрытым металлической пробкой торцом.
Это — молниеприемник. Он примет на себя удар разряда молнии. Длина его может варьироваться от 20 см до 1,5 м, но и любом случае площадь сечения обращенного в небо штыря должна составлять не менее 1 см2 (одного квадратного сантиметра).
От молниеприемника пойдет токоотвод — проволока с рекомендованной толщиной не менее 6 мм.
Ее нужно к молниеприемнику тщательно и надежно приварить: 200 тысяч ампер будут проходить через это соединение — не шутка, могут и расплавить.
Токоотвод спускают с крыши и, прикрепляя к стене дома скобами, доводят до земли и погружают в нее, где на глубине 1-2 м заложен тщательно приваренный заземлитель. В качестве заземлителя можно использовать кусок металлической трубы или лист стали. А если нет возможности копать, можно устроить заземлитель из забитого в землю стального прута. Его надо забить на глубину примерно 2-3 метра. Подробно о заземлении см. гл. 4.
Особенности защиты дома с металлической кровлей. Для оборудования системой молниезащиты дома с металлической крышей, рекомендуется подвести к двум противоположным скатам токоотвод и соединить его с заземлителями (например, водопроводной трубой). Токоотвод лучше прокладывать по стене дома, противоположной входу, и закапывать заземлитель подальше от фундамента и различных садовых построек. Токоотвод необходимо заизолировать от внешней среды и стен дома и поместить в трубу.
Удар молнии в крышу дома из металла не опасен при условии, если последняя надежно заземлена.
Для ее заземления по всем углам кровли крепят токоотводы и соединяют их с заземлителями. Воронки водосточных труб проволокой надежно соединяют с кровлей, а концы труб с землей. В этом случае сечение проволоки токоотвода должно быть не менее 30-35 мм2.
Вообще заземление кровли должно быть не реже чем через 10-15 м ее периметра. Дымовая труба защищается металлическим колпаком, подключаемым к стальной кровле. Если нет колпака, то по периметру верхнего края трубы кладут 6-8 миллиметровую проволоку и также крепят ее к кровле.
Особенности защиты дома с кровлей из шифера. Для таких крыш специалисты советуют иную систему. Вдоль «конька» кровли по всей длине протягивается металлический трос на двух деревянных подпорках на расстоянии 250 мм от конька, к нему припаивается токоотвод, спускается вдоль крыши, проходит по стене и уходит в землю. Токоотвод необходимо заизолировать от внешней среды и стен дома и поместить в трубу.
Токоотвод припаян к заземлителю из стального листа. Система должна располагаться также на расстоянии 3-5 м от входа.
Особенности защиты дома с кровлей из черепицы. Для черепичных крыш специалисты советуют накинуть на кровлю сетку из стальной проволоки с шагом ячейки не более чем 6x6 м, но и не особенно частой (не реже 3-4 м). Диаметр проволоки или троса для такой сетки должен быть приблизительно 6 мм. Все стыки проволоки тщательно пропаиваются.
Затем к этой сетке присоединяется токоотвод, который заканчивается закопанной в землю стальной пластиной заземлителя. При наличии на расстоянии 3-10 м от строения высоких деревьев (в 2 раза и более превышающих его высоту с учетом всех выступающих над кровлей элементов: дымовые трубы, антенны и так далее), по стволу ближайшего дерева прокладывают токоотвод.
Верхний конец токоотвода должен выступать над кроной черева не менее чем на 0,2 м. У основания дерева токоотвод присоединяют к заземлителю. Если конек кровли соответствует наибольшей высоте постройки, а крыша неметаллическая, над ним подвешивают тросовый молниеприемник, возвышающийся над коньком не менее чем на 0,25 м.
Опорами для молниеприемника служат закрепленные на стенах строения деревянные планки. Токоотводы прокладывают с двух сторон по торцевым стенам строения и присоединяют к заземлителям. При длине строения менее 10 м токоотвод и заземлитель выполняются только с одной стороны.
При наличии возвышающейся над всеми элементами кровли дымовой трубы над ней устанавливают стержневой молниеприемник высотой не менее 0,2 м, кладут по кровле и стене строения токоотвод, присоединяют его к заземлителю.
При наличии металлической кровли ее хотя бы в одной точке присоединяют к заземлителю, при этом токоотводами служат наружные металлические лестницы, водостоки и так далее.
К кровле присоединяют все выступающие над ней металлические предметы, например, дефлекторы.
Во всех случаях применяют молниеприемники и токоотводы диаметром от 6 мм, а в качестве заземлителя — один вертикальный или горизонтальный электрод длиной 2-3 м, диаметром от 10 мм, уложенный на глубине не менее 0,5 м.
Допускают сварные и болтовые соединения элементов молниеотводов.
Физические молниеприемники. Помимо «механических» молниеприемников существуют «физические». Возможность искусственно создавать столб ионизированного воздуха давно подсказала использование встречного «лидера» молнии в качестве своеобразного молниеприемника. Первые устройства для ионизации были основаны на применении радиоактивного изотопа.
При подаче напряжения к такому устройству появляется столб ионизированного воздуха, на который и замыкается «лидер» от грозовой тучи. Позже эти устройства трансформировались в безопасные молниеприемники, работающие уже не от радиоактивных изотопов, а с помощью электроники.
Часто молнии разряжаются вблизи высоких объектов, всегда попадая именно в них. Причем вблизи высоких объектов молнии наблюдаются несколько чаще, чем в других местах. Эта закономерность объясняется тем, что «встречный лидер» с высоких объектов как бы притягивает к себе «лидеров» из облака не только строго над своей вершиной, но и с периферийных частей тучи.
Эти удаленные «лидеры» иногда «не в силах» замкнуться на встречного «лидера» от высокого объекта. В итоге они все равно замыкаются на землю, но уже на встречные «лидеры» с других, менее высоких объектов.
Получается, что любая мачта (например, сотовой связи) объективно притягивает в зону своего расположения большее число молний. Этот факт заставляет серьезно задумываться о безопасности и гарантированной молниезащите своего дома.
Заземление молниеотвода. В любом случае — как для «внешней», так и для «внутренней» молниезащиты — очень важна роль заземления.
Будьте осторожны! Электроды должны заглубляться так, чтобы достигать влажных слоев почвы, иначе не будет заземления как такового.
Сила тока, протекающего по молниеотводу, в своем максимуме может достигать 200 000А. Сопротивление же заземления молниеотвода не должно превышать 10 Ом. В итоге напряжение, возникающее в молниеотводе, может достигнуть значительно большей величины, чем напряжение пробоя.
В случае не совсем правильного заземления (при котором ток «не успевает» уходить в землю) или при опасном сближении самого молниеотвода с защищаемым объектом, произойдет пробой — ток будет «стараться» замкнуться на внутренние коммуникации дома (на электропроводку, трубы отопления и т. п.).
Особенности конструкции заземлителей. Заземлители (электроды) служат для отвода молнии в грунт. Они должны обладать малым удельным сопротивлением, которое в основном зависит от состава почвы, ее влажности, температуры и других факторов.
Вертикальные заземлители применяют при сухих грунтах и низком уровне грунтовых вод в виде 2-3 метровых металлических стержней, вбитых на расстоянии около 3 м друг от друга и соединенных между собой на глубине не менее 0,5 м перемычкой, в середине которой присоединен токоотвод.
Горизонтальные заземлители — это уложенные на глубине не менее 80 см длинные (3-5 м) металлические профили (прокат): стальная арматурная проволока диаметром 15-20 мм, полосовая сталь сечением не менее 160 мм2 (40x4 мм), уголки с шириной полок 40-50 мм. Применяются они при влажных почвах, высоком уровне грунтовых вод (менее 1,5 м), на торфяниках.
Заземлители рекомендуется укладывать подальше (не менее 5 м) от проходов (крыльца) и пешеходных дорожек. Использование деревьев для молниезащиты. Если рядом с домом или хозяйственными постройками (в пределах 3-10 м) имеются высокие деревья (15-20 м), их можно использовать для оборудования одновременной молниезащиты всех строений, находящихся в этой зоне.
Другой вариант конструкции молниеприемника, который чаще всего встречается в практике для защиты дома от ударов молнии, представляет собой мачту, выполненную из твердых пород дерева. Ее длина в зависимости от расположения на доме может быть от 3 до 6 м. Желательно, чтобы верхняя точка молниеприемника возвышалась над коньком дома на 2-3 м.
К верхней части мачты крепится металлический стержень. Это может быть уголок, проволока диаметром 5-8 мм или отрезок трубы диаметром от 10 до 15 мм, которые принимают на себя удар молнии, а затем по токопроводящему проводу отводят его к заземлителю, находящемуся в грунте.
Диаметр токоотводящего провода — не менее 5 мм, заключён в надежную изоляцию и должен обладать хорошей проходимостью. Лучше всего для этих целей подходит медный провод.
Все системы молниезащиты необходимо регулярно осматривать и при необходимости делать ремонт или заменять отдельные элементы. В случае необходимости замены электродов вертикального заземлителя, целесообразно не удалять поврежденные детали, а вкопать рядом новый заземлитель, присоединив его к общему токоотводу.
Элементная база внешней молниезащиты. Задача внешней системы молниезащиты — на долю секунды раньше непосредственного контакта уловить разряд молнии и отправить его по токоотводам на заземление. Система внешней молниезащиты, организованная по принципу молниеприемной сетки, проектируется индивидуально под каждый конкретный дом. Материал кровельного покрытия, угол наклона кровли, размеры слуховых окон, размеры мансардных окон, наличие антенн, материал водосточных систем, способ их монтажа, количество труб и их размеры — все это и многое другое имеет, значение при проектировании подобной системы.
В зависимости от материала кровли молниеприемная часть может быть выполнена из следующих материалов:
  • оцинкованная сталь;
  • алюминий;
  • медь;
  • нержавеющая сталь.
На кровле все закрепляется с помощью специального крепежа, разного для каждого типа кровельного покрытия, как по материалу изготовления, так и по способу его монтажа. Это
позволяет создать современную комплексную систему, отвечающую самым жестким требованиям по безопасности и эстетики внешнего вида, учитывая все особенности вашего дома. К элементам внешней молниезащиты относятся:
  • громоотводы;
  • кабельный ввод через крышу;
  • кровельные держатели для кабеля;
  • кабельные кронштейны;
  • держатели стержня;
  • клеммы;
  • клеммы для быстрого соединения Vario;
  • крестовой соединитель;
  • фальц-клеммы;
  • хомуты для водосточного желоба;
  • соединительные и перемыкающие элементы;
  • вводные штыри заземления;
  • контрольные соединения;
  • контрольные дверцы;
  • хомуты для водосточной трубы.
Элементная база системы внутренней молниезащиты. Рассмотрим частный дом. Внутренняя система состоит из шины выравнивания потенциалов, которая объединяет все протяженные металлоконструкции дома, и разрядников. Задача разрядников заключается в нейтрализации импульса перенапряжения, попадающего в ваш дом по линиям электропередач или системам коммуникаций. Таким образом, осуществляется защита всех электроприборов в доме и всей электропроводки от любого вида импульсного перенапряжения.
К системам защиты от перенапряжения относятся:
  • устройства молниезащиты Lightning-Controllers;
  • грозоразрядники (В);
  • системы слежения за работой;
  • катушки (индуктивности);
  • системные решения;
  • ограничители напряжения (С);
  • фотореле;
  • устройство контроля изоляции и ограничителей ISOLAB;
  • устройство регистрации тока пробоя Peak Current System;
  • ограничители напряжения (D);
  • устройства защиты линий передачи данных;
  • устройства грозозащиты;
  • защитные клеммы;
  • устройства отвода с искровым промежутком Рагех;
  • защитные искровые грозоразрядники;
К системам выравнивания потенциалов относятся:
  • шины для выравнивания потенциалов;
  • заземляющие полосы;
  • зажимы заземления (хомуты);
  • клеммы;
  • зажимы заземляющих клемм;
  • держатель плоского проводника.
Как защитить телеантенну от удара молнии. Искра «пробивает» на том участке, где расстояние между «плюсом» и «минусом» короче. Поэтому молния, как правило, ударяет и отдельно стоящие объекты, которые поближе к небу, вроде высокого дерева или антенны вашего дома. Замечу также, что есть у электричества природная любовь к металлу. Если небесной искре предоставить выбор между стальным или деревянным столбом, при прочих равных условиях ее потянет на железо.
Рассмотрим случай, если рядом с антенной нет молниеотвода. Комнатные телевизионные антенны в грозозащите не нуждаются. Что касается наружных антенн, то необходимость в защите определяется местом их установки.
В грозозащите нуждаются все внешние телеантенны, которые не расположены в зоне действия молниеотвода, то есть если наружная антенна находиться вблизи высоких зданий и сооружений, оборудованных молниеотводом (например, возле фабричной трубы, высокого дома, мачты передающей радиостанции и т. п.), устройство защиты от молнии устанавливать не обязательно. Если антенна установлена на крыше отдельно стоящего (даже одноэтажного) дома или на здание, которое выше окружающих домов, молниезащита необходима.
Металлические мачты, на которых устанавливают антенны, обязательно должны заземляться.
Лучшая молниезащита — металлический заостренный штырь, установленный на вершине мачты (острие штыря, должно хотя бы на 1,5 м быть выше антенны). Штанга телевизионной антенны, подключенная к контуру молниезащиты.
Все соединения в системе грозозащиты необходимо выполнять максимально надежно с помощью сварки, пайки или, в крайнем случае, с помощью резьбовых соединений.
Система молниезащиты не должна нарушать нормальную работу телевизионной антенны.
Случай 1. Антенна располагается на заземленной металлической крыше. Её заземление обеспечивается соединением нижней части металлической мачты с кровлей.
Случай 2. В антенне применяется в качестве УСС петлевой вибратор. Он в своей средней точке соединен с металлической стрелой, а стрела с металлической мачтой, поэтому необходимо заземлить мачту.
Провод токоотвода должен подключается к точке нулевого потенциала антенны, которой могут быть:
  • середина неразрезанной трубки петлевого вибратора;
  • середина шунта диапазонного шунтового вибратора;
  • короткозамыкающая перемычка четвертьволнового мостика разрезного линейного вибратора;
  • металлическая стрела и т. д.
При отсутствии точки нулевого потенциала в схему антенны нужно включать дроссель большой индуктивности, который подсоединяется к специальным клеммам антенны. В этом случае середина отвода дросселя будет точкой нулевого потенциала.
Случай 3. Мачта антенны деревянная, стоит на земле. По ней необходимо проложить толстый медный (можно стальной) провод токоотвода или металлическую шину диаметром не менее 5 мм. Экран кабеля снижения также должен быть соединен с точкой нулевого потенциала антенны. Второй конец провода заземления должен быть соединен с заземлителем, в качестве которого может быть использован как сам провод или шина, так и специально закопанные в землю металлические детали.
Случай 4. Антенна устанавливается на неметаллическую крышу. В этом случае металлическую мачту нужно соединить в её верхней части с экранами кабелей и с точкой нулевого потенциала антенны. К нижней части мачты нужно подключить провод токоотвода, проложив его вдоль стены дома, и заземлить, уложив по дну траншеи на глубине 1 м. При этом длина горизонтального заземляющего отвода должна быть:
  • для глинистой почвы — не менее 2 м;
  • для суглинка — 4 м;
  • для чернозема — не менее 6 м;
  • для каменистой почвы — 10 м;
  • для песчаной почвы — 12 м.
Следует отметить, что заземлять необходимо только металлические части антенны. Нельзя заземлять электроприборы и электроизделия, у которых шасси соединено с одним из проводов питающей сети переменного тока.
Если такое изделие окажется соединенным с незаземленным проводом сети, то присоединение внешнего заземления приведет к короткому замыканию. Простейшими заземлителями могут быть металлические листы, предметы, использовавшийся в хозяйстве (тазы, ведра и т. д.), трубы, толстый металлический провод и др.
Для устройства заземления вблизи дома или места, где установлена антенна, вырывается яма глубиной до 2 м, в нее помещается заземлитель, к которому предварительно уже приварен стальной проводник диаметром не менее 5 мм.
Если в качестве заземлителя используется стальной провод, то необходимо закопать его в виде мотка диаметром 1 м на глубину 2 м. Длина провода в мотке должна быть не менее 20-25 м.
Заземлителем можно считать отрезок толстостенной трубы длиной 1,5-2 м, закопанный на глубину 2-3 м. Во всех случаях конец проводника от заземлителя, закопанного в землю, можно укрепить на стене дома с помощью скоб, к нему в дальнейшем присоединяется провод заземления от антенны.


 
 

С 8 марта, милые женщины!
Внимание: с 8 по 11 марта выходные дни.
Далее »
С наступающим Новым годом и Рождеством!
В предновогодние дни мы работаем с изменениями в графике: 25 декабря, 1, 2, 6, 7, 8 января у нас выходные дни!
Далее »

Интернет-магазин ELSNAB | FAZA © 2010 - 2017 г.
Украина, г. Харьков, ул. Лодзинская 7а