Внешняя система молниезащиты представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание от повреждения и пожара.
Что первоначальный вариант громоотвода, что более современные его аналоги, все они устроены примерно одинаково.
Во-первых, молниеотвод имеет молниеприемник – устройство, которое перехватывает разряды молний.
Во-вторых, у него есть токоотводы – спуски, детали, которые предназначены для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
В-третьих, сам заземлитель, который представляет собой металлический проводник, заведенный в почву.
Самый первый простейший вариант громоотвода был именно таким — простой металлический штырь, укрепленный на крыше здания, соединенный с токоотводом и заземляющим устройством.
И если раньше это делалось из подручных материалов, то сейчас разрабатываются очень современные и функциональные системы из принципиально новых материалов.
В зависимости от конструктивных особенностей все молниеотводы делятся на три вида: стержневые, сетчатые, тросовые. Отличия заключаются в строении молниеприемника, а также стоимости всей системы.
Какие требования предъявляются к молниеотводам и другому специальному оборудованию, если хочется побыть Бенджамином Франклином и сконструировать молниезащиту самому?
Молниеприемник должен выдерживать напряжения в миллионы вольт, высокую температуру и существенное ударное воздействие (молния может расщепить крупное дерево).
Эту часть молниеотвода изготавливают из проводящего металла. Применяют стальную проволоку большого диаметра (10-12 мм), стальную полосу или прут.
Для предотвращения коррозии элементы молниеотвода должны быть оцинкованы или хотя бы окрашены. Если применяется покраска, то часть заземлителя, находящаяся в грунте, не окрашивается.
Все компоненты громоотвода в идеале делают из одного и того же материала.
Сразу следует оговориться, что требования ПУЭ предусматривают выполнение соединений между всеми частями молниеотвода исключительно сваркой. Если это невозможно, допускается резьбовое соединение болтами и гайками.
Площадь шайб, применяемых при резьбовом соединении, должна быть увеличена. Не допускается производить монтаж элементов системы скруткой проводов или какими-либо другими методами.
Минимальные диаметры компонентов громоотвода, чтобы он не сгорел:
Разумеется, высоту молниеприемника, в основном определяющую его эффективность, необходимо максимизировать. Согласно инструкции РД, для обеспечения надежной защиты надо поднять громоотвод минимум на 3м над поверхностью сооружения.
Это касается стержневых устройств, наиболее подходящих для крыш, покрытых металлопрофилем.
Материалы для изготовления стержневого молниеприемника:
· Стальная труба (20-25 мм диаметром, со стенкой 2,5 мм толщиной). Ее верхний конец либо расплющивается, либо заваривается под конус. Можно также изготовить и приварить к верхнему краю трубы специальную заглушку в виде иглы.
· Стальная проволока (8-14 мм). Причем токоотвод должен быть точно такого же диаметра.
· Любой стальной профиль (например, уголок или полосовая сталь не менее 4 мм в толщину и 25 мм в ширину).
Главное условие для всех этих стальных материалов — сечение минимум 50 мм².
Если делать тросовый молниеприемник, то высота его прокладки зависит от длины и высоты здания, конструкции заземлителя и удельного сопротивления грунта, и может составлять 3-4 м. Для монтажа троса на обоих коньках здания укрепляются опоры из дерева. Можно использовать опоры и из металла, но на металлические опоры необходимо установить изоляторы.
Между опорами натягивается стальной оцинкованный канат или проволока на высоте до 0,5 м от крыши с минимальным сечением 35 мм².
С токоотводом трос соединяют при помощи плашечных зажимов.
Данный вид молниеприемника идеально подходит для деревянных либо шиферных крыш.
Конструктивные особенности сетчатых громоотводов позволяют крепить такие устройства значительно ниже. В зависимости от шага сетки они могут быть расположены в десятке или нескольких десятках сантиметров от плоской кровли.
К примеру, сетка с ячейками 6Х6 см может быть уложена непосредственно на поверхность крыши или даже под слой утеплителя, если он не горюч.
И если для тросового молниеприемника подразумевается два токоотвода, то для сетчатого — как минимум четыре, по количеству углов дома.
Сетчатое устройство системы молниеприемника — это самая сложная по исполнению конструкция. Обычно она применяется для крыш, покрытых черепицей.
Токоотвод, связывающий молниеприемник с заземлителем, выполняется из проводника, и должен выдерживать кратковременное протекание колоссальных токов. В качестве токоотвода обычно используется металлический проводник с минимальным сечением для стали 50, для меди 16 и для алюминия 25 мм в квадрате.
Увеличенное сечение токоотвода, принимая во внимание возможную величину протекающего по нему тока, только приветствуется.
Идеальный путь для прохождения электротока — кратчайшая прямая, направленная строго вниз. Токоотвод крепят к молниеприемнику болтовым соединением. При монтаже молниеотвода следует избегать поворотов под острым углом, т.к. это чревато возникновением искрового разряда между близкорасположенными участками токоотвода, что приведет к неизбежному воспламенению.
Самый ходовой материал для токоотвода — неизолированная стальная проволока-катанка или полоса. Его проводят только по несгораемым поверхностям. На горючие стены следует устанавливать металлические скобки, которые сами будучи в контакте с горючей поверхностью защитят токоотвод.
Минимальное расстояние от стены до токоотвода 15-20 см. ( в некторых странах может быть меньше)
Токоотвод прокладывается так, чтобы не было точек соприкосновения с такими элементами дома, как крыльцо, входная дверь, окно, металлические гаражные ворота.
Третья часть молниеотвода – заземляющее устройство (ЗУ), - это находящаяся в земле нижняя часть молниеотвода, обеспечивающая надежный контакт токоотвода с грунтом.
Как правильно обустроить заземление, описано в ГОСТах и СНИПах, а также в моем ролике про заземление по ссылке https://youtu.be/3596An8qDec?si=WZJTzbqmrDLgY3Om, но для самого простого варианта достаточно не менее одного метра от края фундамента и не ближе 5 метров от входа в здание закопать П-образную конструкцию из металлических проводников.
Заземляющее устройство молниеотвода чаще всего соединяется с заземляющим контуром всего здания. В случае стоящего отдельно устройства молниезащиты в качестве ЗУ используются металлические штыри, забиваемые или закапываемые в грунт.
Для улучшения проводимости иногда эти штыри объединяют в группы, сваривая из них конструкции прямоугольной формы при помощи стальной полосы. Но в любом случае требования ПУЭ регламентируют сопротивление между ЗУ и землей, которое не должно превышать 40 Ом при удельном сопротивлении почвы 1 кОм*м.
Для заземлителя чаще всего берется прокатная сталь сечением 80 мм, реже медь сечением 5о мм в квадрате. Вертикальные заземляющие электроды бывают 2-3 метра в длину, но чем ближе уровень грунтовых вод, тем они короче. Также применяются модульно-штыревые заземлители и пластинчатые.
Качество заземления зависит от размера площади контакта заземлителя с почвой и удельного сопротивления самого грунта. Если почва на вашей даче постоянно находится во влажном состоянии, то достаточно будет и метрового или полуметрового штыря.
Нужно помнить, что заземлитель для молниеотвода нужен отдельный, но ПУЭ допускает объединение системы молниезащиты и защитного повторного заземления в одно устройство. Все элементы молниеотвода должны быть надежно защищены от коррозионных разрушений. Наилучший вариант добиться этого состоит в использовании для элементов системы оцинкованной стали. Экспериментировать категорически не советую. Чревато последствиями.
Зоны защиты
Схема зоны защиты одного отдельно стоящего стержневого молниеотвода представляет собой большой конус.
Для громоотводов, не превышающих высоты 150 м, принимаются следующие габаритные размеры устройства:
· для зоны, находящейся на уровне земли h0 = 0,85h; r0 = (1,1 – 0,002h)h; rx = (1,1 – 0,002h)(h – hx/0,85);
· для зоны на уровне крыши, например: h0 = 0,92h; r0 = 1,5h; rx = h – 1,5(hx/0,92);
где h – высота молниеотвода; h0 – некоторая высота (обычно уровень крыши); rx – диаметр основания конуса на высоте h0.
Определившись с условными габаритами, можно использовать формулу:
h = (rx + 1,63hx)/1,5
для вычисления требуемых параметров.
Если, например, известны rx и hx (требуемый радиус зоны защиты и заданная высота этой зоны), можно вычислить высоту одиночного стержневого молниеотвода, требуемую для надежной защиты h.
И, наоборот, при известных h и hx легко вычисляется радиус зоны rx и, сравнивая его с необходимым, делается заключение об эффективности устройства молниезащиты.
Расчет двойного стержня
Примерно те же действия проводят и при расчете двойного стержневого молниеотвода и, в принципе, группы таковых. Здесь лишь нужно учесть расстояние L, на котором штыри находятся друг от друга.
Построив круговые зоны защиты каждого из них, смотрят на их пересечение. Если все защищаемое пространство лежит в их пределах, значит, надежная защита обеспечена. По тому же сценарию можно определить зоны защиты разновысоких устройств.
Расчеты зон защиты молниеотводных устройств достаточно сложные, чтобы приводить их в статье, но более подробную информацию без труда можно найти в специальной литературе.
Спасибо за прочтение, поддержите канал Энерголикбез подпиской в Телеграм: t.me/operby, чтобы не пропустить продолжение!