Молниеотвод в частном доме своими руками

Сколько нужно делать токоотводов для молниезащиты?

Экономическая целесообразность — хоть и важный, но не решающий фактор при организации внешней молниезащиты. Экономия на качестве и количестве различных комплектующих, будь то молниеприёмник или токоотвод, может свести эффективность всей системы МЗ к нулю, а потери при грозе или затраты на восстановление могут оказаться в разы больше сэкономленных денег. Как это относится к токоотводам? Разбираемся в этом вопросе!

Внешняя молниезащита состоит из нескольких элементов:

• молниеприемник — элемент, принимающий на себя удар молнии;

• токоотвод — элемент, отводящий ток молнии в грунт;

• заземляющее устройство — завершающий компонент внешней молниезащиты, выполняющий функцию снижения сопротивления для распределения тока молнии в грунте.

Всем, конечно, известно, что количество молниеприемников напрямую влияет на качество защиты. Установка молниеприемников на “неправильном” месте или в недостаточном количестве может грозить попаданием молнии в объект, что допускать никак нельзя. Эту закономерность понимают все. Но, к сожалению, не все принимают во внимание значимость и других элементов, например, токоотводов. Не редки случаи игнорирования правил организации молниезащиты, при которых токоотвод устанавливается неправильно или не устанавливается вообще (к примеру, чтобы не портить внешний вид объекта). Такие ошибки распространены не только среди неопытных владельцев частных домов, но и крупных строений: торговых центров, административных зданий и пр.

Требования к токоотводам:

1. Материал токоотвода

Требования к материалам описаны в документе “ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ СО 153-34.21.122-2003”:

Уровень защиты	Материал	Сечение, мм2
I-IV	Сталь	50
I-IV	Алюминий	25
I-IV	Медь	16

1. Количество токоотводов и расстояние между ними

Согласно нормативному документу СО 153-34.21.122-2003, в целях снижения вероятности возникновения опасного искрения токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы между точкой поражения и землей ток растекался по нескольким параллельным путями длина этих путей была ограничена до минимума.

Правила расположения токоотводов, изолированных от защищаемого объекта:

• Для стержневых молниеприёмников, установленных на отдельно стоящих опорах (или одной опоре), на каждую опору должен быть предусмотрен минимум один токоотвод.

• Для тросового молниеприемника на каждый конец троса требуется минимум по одному токоотводу.

• Для сетчатого молниеприемника, расположенного над защищаемым объектом, на каждую опору сетки требуется не менее одного токоотвода. Общее количество токоотводов должно быть не менее двух.

Токоотводы, неизолированные от устройств молниезащиты действуют следующие требования располагаются по периметру здания, при этом среднее расстояние между ними должны быть не меньше значений, указанных в таблице (см. ниже):

Уровень защиты	Среднее расстояние, м
I	10
II	15
III	20
IV	25

Вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания токоотводы соединяются горизонтальными соединительными элементами: полосой, проволокой.

1. Размещение токоотводов

При прокладке токоотводов следует одно из главных правил: путь до земли должен быть по возможности кратчайшим, не допускается сгибание или формирование различных геометрических фигур. Токоотводы следует располагать по периметру защищаемого объекта вблизи углов зданий. Не изолированные от защищаемого объекта токоотводы прокладываются следующим образом:

• если стена выполнена из негорючего материала, токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить в стене;

• если стена выполнена из горючего материала, токоотводы могут быть закреплены непосредственно на поверхности стены, так чтобы повышение температуры при протекании тока молнии не представляло опасности для материала стены;

• если стена выполнена из горючего материала и повышение температуры токоотводов представляет для него опасность, токоотводы должны располагаться таким образом, чтобы расстояние между ними и защищаемым объектом всегда превышало 0,1 м. Металлические скобы для крепления токоотводов могут быть в контакте со стеной.

Токоотводы рекомендуется размещать на максимально возможных расстояниях от дверей и окон (не желательно использовать водосточные трубы).

1. Использование естественных элементов в качестве токоотводов

Согласно пункту 3.2.2.5 СО 153-34.21.122-2003 допускается использование следующих конструктивных элементов зданий в качестве токоотводов:

1. металлические конструкции в том случае, если они имеют не меньшие размеры, чем требуются для специально предусмотренных токоотводов и электрическая

2. металлический каркас здания или сооружения;

3. соединенная между собой стальная арматура здания или сооружения;

4. части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

Полный список требований к молниеотводам смотрите на отдельной странице.

Опасность разряда молнии

Облака представляют собой водяной пар или мелкие кристаллы льда. Они постоянно движутся, трутся о теплые струи воздуха и электризуются. Когда разность зарядов между ними достигает критического значения, происходит разряд. Это и есть молния. Когда между облаком и землей проводимость наименьшая, то молния ударяет в землю, весь накопленный заряд стекает в нее. Затем и нужно заземление, чтобы забрать на себя энергию разряда.

Молния ударяет в самую высокую точку сооружения, проходя минимальное расстояние от облака до объекта. По сути, получается короткое замыкание, протекают гигантские токи, выделяется огромная энергия. Если молниезащита отсутствует, то вся энергия молнии воспринимается зданием и растекается по токопроводящим конструкциям. Последствия такого удара – пожары, поражения людей, выход из строя электротехники.

Молниезащита забирает на себя энергию разряда и по токопроводу переправляет ее через заземлитель в землю, которая ее полностью поглощает. Поэтому молниеприемники (громоотводы) и прочие элементы молниезащиты выполняются из токопроводящих материалов с высокой проводимостью.

Внутренняя защита от молний

Особенно нужна молниезащита внутри зданий с большим количеством компьютерного оборудованием. Внутренняя молниезащита представляет собой комплекс устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). При попадании разряда молнии на линии электрической сети в ней возникают огромные кратковременные перенапряжения. Чтобы погасить их параллельно с проводниками фаза и ноль, фаза и земля, ноль и земля устанавливаются УЗИП. Это очень быстродействующие приборы со временем срабатывания от 100 нс до 5 нс.

Схема установки и характеристики УЗИП зависят от того, имеется внешняя молниезащита или нет. Они различаются конструкцией, представляют собой воздушные или газовые разрядники, варисторы, но суть одна. При возникновении кратковременного перенапряжения шунтируют защищаемую цепь и всю энергию разряда принимают на себя. Но есть приборы и с последовательным соединением. Принцип действия тот же, при возникновении перенапряжений все падение напряжения происходит на устройстве.

УЗИП делятся на три класса. Устройства первого класса устанавливаются в главном распределительном щите. УЗИП снижает напряжение до 4 кВ. Приборы второго класса устанавливают перед вводным автоматом квартирного или домового электрического щита и снижают напряжение до 2,5 кВ. Устройства третьего класса устанавливают в непосредственной близости от защищаемых приборов (компьютеры, серверы и подобные им устройства). Они обеспечивают снижение до 1,5 кВ. Этого снижения напряжения достаточно для большинства оборудования, особенно если продолжительность перенапряжения краткая. Расчет молниезащиты рекомендуется поручить специалистам.

Конструкция молниеотводов

В общем случае, молниезащита зданий и сооружений представляет собой комплекс из молниеприемника, токопровода и заземлителя. Молниеприемники применяются в виде стержня, сети и натянутого троса.

Стержневой молниеприемник

Конструкция стержневой системы проста. Штырь молниезащиты соединяется с помощью токоотвода с металлическими штырями в грунте, обеспечивающими заземление.

Стержни (штыри) изготавливают из оцинкованной или омедненной стали высотой от полуметра до 5-7 метров. Диаметр зависит от высоты стержня и климатического района расположения. Омедненный стержень имеет лучшую электрическую проводимость по сравнению с оцинкованной сталью. В зависимости от конфигурации здания и его кровли на крыше устанавливаются несколько стержней. Они крепятся к коньку, фронтону, вентиляционным колодцам и прочим капитальным конструкциям.

Зона влияния молниезащиты представляет собой конус с вершиной на острие молниеотвода. Стержни располагают таким образом, чтобы зоны их действия перекрывали все здание. Для стержневых молниеприемников правило защитного конуса с 90 градусной вершиной справедливо для стержня высотой до 15 м. Чем выше молниеприемник, тем меньше угол вершины защитного конуса.

Сетевой молниеприемник

Молниеприемная сеть представляет собой оцинкованный или омедненный провод диаметром 8-10 мм, покрывающий в виде сети всю крышу здания. Обычно молниезащиту в виде сетки устанавливают на плоские кровли. Сеть формируется за счет перпендикулярно расположенных относительно друг друга проводов с определенным шагом. При помощи держателей провода соединяются между собой и крепятся к кровле. Иногда, вместо провода используют стальную полосу.

Провод или полоса обязательно должны быть соединены с заземлением. Для соединения применяют сварку, но можно его делать специальными зажимами. Зажимы для соединения электродов заземления с проводниками часто идут в комплекте, если приобретать все детали в специализированном магазине.

Тросовый молниеприемник

Тросовые молниеприемники представляют собой стальной или алюминиевый трос, натянутый между двумя мачтами. Мачты соединены с токоотводов, а тот в свою очередь с заземлением. Представьте, что трос является коньком двускатной крыши. Тогда область под этой виртуальной крышей будет находиться под защитой от ударов молний. Таким образом, натянув над крышей дома и прилегающей территорией несколько тросов можно обеспечить надежную молниезащиту.

Токопроводы представляют собой оцинкованные или омедненные стальные провода диаметром 10 мм, часто применяют и стальные полосы сечением 40х4 мм покрытые цинком или медью. Они соединяют молниеприемники с заземлителем.

В комплект молниезащиты входят и держатели молниеприемников и токопроводов. Они выполняются из стальных и пластиковых материалов, имеют многообразные конструкции.

Расположение заземлителей

Заземление молниеотводов, в самом простом случае, представляет собой три трехметровых металлических стержня вбитых в землю на расстоянии 5 метров друг от друга. Между собой заземляющие штыри соединяются стальной полосой расположенной на глубине 50-70 см под землей. Соединение производится методом сварки, которые затем покрываются антикоррозионным покрытием. В местах расположения штырей на поверхность должны выходить стержни для того, чтобы можно было присоединить токопроводы.

Заземление должно располагаться на расстоянии не менее 1 метра от сооружения и более 5 метров от крыльца, дорожек и других мест постоянного хождения людей. Это необходимо для того, чтобы человек не попал под шаговое напряжение, образующееся при растекании заряда молнии от заземлителя по земле. Если здание имеет массивный железобетонный фундамент, то заземление молниезащиты рекомендуется располагать подальше от него и монтировать внутреннюю молниезащиту в виде грозоразрядников для защиты аппаратуры. Это необходимо из-за заброса части заряда на фундамент и все элементы, имеющие с ним хороший контакт, в первую очередь корпуса оборудования, инженерные коммуникации.

Требования к сопротивлению

Контур заземления дома должен быть соединен с заземлением молниезащиты через стальные проводники, которые сваривают между собой. Сопротивление заземления должно быть как можно меньше. Нормативное значение составляет 10 Ом для грунтов с удельным сопротивлением до 500 Ом, но при больших его значениях допускается иное сопротивление, которое вычисляется по формуле:

Rз – сопротивление заземлителя, а ρ – удельное сопротивление грунта.

Для достижения нормативного значения иногда заменяется грунт. Выкапывается траншея, закладывается новый грунт с соответствующими характеристиками, и после этого монтируется заземление. Другой вариант заключается в добавлении химических реагентов. После установки заземления молниезащиты необходимо регулярно замерять его сопротивление. Если оно выходит за пределы нормативного значения, то придется добавить штырь или заменить на новый. При этом нужно уделять пристальное внимание соединениям между элементами устройства. Использование нержавеющих материалов значительно увеличит срок службы заземлителя.