Гром и молния!

Спросите своих друзей, которые недавно построили загородный дом, защитили ли они его от молнии. 90% респондентов ответят «нет». Причина — незнание возможных последствий такого легкомыслия или типичное русское «авось». Меж тем молния страшна непредсказуемостью — одна из Котельная ► 000 среднестатистических небесных искр может неожиданно попасть в ваш дом в эту самую секунду!

Различают первичные поражающие факторы молнии (в результате ее прямого попадания) — это пожар, разрушения, а также вторичные — занос наведенного потенциала, появление во внутренней сети источников потребления электростатической и электромагнитной индукции. Электростатическая индукция (наведение заряда противоположного знака на предметах, изолированных от земли) опасна разрядом на ближайшие заземленные предметы. Электромагнитная индукция появляется за те доли секунды, которые «живет» разряд молнии, и вызывает в металлических предметах электродвижущую силу разной величины. В местах, где контуры достаточно близки друг к другу, могут происходить электрические разряды. Оба вида индукции чреваты травматизмом, возникновением пожаров. Занос наведенного потенциала случается во время прямого удара молнии в металлокоммуникации здания (провода, водопровод, газопровод и т. п.). В итоге — искрение и возможный вывод из строя радиоэлектронной аппаратуры.

До изобретения молниеотвода (примерно Котельная ► 00 лет назад) единственным способом борьбы с молниями считали беспрерывный колокольный звон во время грозы. Итогами такой «борьбы» были разрушенные колокольни и погибшие звонари (Ремонт труб ► 00 колоколен и Отопление дома ► Котельная ► 0 звонарей только за Водоснабжение ► Водоснабжение ► года и только в одной Германии). Сегодняшняя статистика гибели людей от разрядов молний не менее тревожна — более Отопление дома ► 00 человек погибают ежегодно только в США.

Человек, придумавший способ нейтрализации удара молнии с помощью громоотвода (правильнее — молниеотвода) был гражданином США, и звали его Бенджамин Франклин. Всего семь лет посвятил Франклин изучению электричества. Главным итогом этого увлечения и стал молниеотвод. 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 еще поработал в должности президента США (всем знаком его портрет на банкноте $ Отопление дома ► 00). Немало сил и времени Франклин потратил на нешуточную борьбу с мракобесами всех мастей за «внедрение» в широкую практику своих громоотводов.

Нормы

Сегодня никому не приходит в голову бороться с громоотводами (ныне — молниеотводами), как это было, например, во Франции в Отопление дома ► Услуги под ключ ► Договор, гарантия ► 0-Отопление дома ► Услуги под ключ ► Договор, гарантия ► Ремонт труб ► гг. Тогда по разные стороны «баррикад» оказались Робеспьер и Марат. Более того, сегодня установка системы молниезащиты — обязательная процедура при строительстве, по основным пунктам регламентированная ПУЭ (Правилами устройства электроустановок) и ГОСТами. Практическим документом, в котором расписаны все расчетные нормы и величины по устройству молниезащиты, является Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД Водоснабжение ► Ремонт труб ► .Котельная ► Отопление дома ► .Отопление дома ► Котельная ► Котельная ► -Договор, гарантия ► Услуги под ключ ► ). Эта инструкция практически в неизменном виде действует с Отопление дома ► 9Договор, гарантия ► Услуги под ключ ► г. и до сих пор остается единственным документом, определяющим конструкцию молниеотводов.

Жизнь, естественно, вносит в нормативные показатели свои коррективы. За прошедшее время изменились международные стандарты (МЭК), на которые так или иначе должны быть ориентированы и российские стандарты (в частности, ПУЭ — Правила устройства электроустановок). И они изменились, хотя и с ошибками (об этом ниже). А вот «подзаконный» документ — сама рабочая инструкция — остался неизменным!

Даже в рамках этой статьи можно было бы вкратце пересказать все основные нормативные требования инструкции по устройству системы молниезащиты, описать значения «толщин, глубин, высот» ее элементов. Но хотим отметить: к устройству молниезащиты современного дома, насыщенного электроникой, уже нельзя подходить упрощенно, по-дилетантски. Да, пока инструкция позволяет самостоятельное оснащение хозяином своего жилища молниезащитой, более того, для определенных районов система еще не требуется в обязательном порядке. «Обязательность» возникает (по нормам ПУЭ), лишь если для данной местности годовое число гроз — Котельная ► 0 и более. Зная число гроз, габариты здания, специалист в силах рассчитать вероятное количество попаданий в него молнии. На практике встречаются места с геологическими или иными аномалиями, куда молнии тянет как магнитом, и частоту возможного попадания молнии здесь рассчитать никак нельзя. Ведь молния — не артиллерийский снаряд, она действительно способна неоднократно попадать в одно и то же место.

Внешняя молниезащита

Что же такое молниеотвод, какие типы этих устройств существуют и почему молнии иногда попадают совсем не в молниеотвод?

Молниеотвод — это устройство из трех основных элементов: молниеприемника, который принимает разряд молнии; токоотвода, который должен направить принятый разряд в землю, и заземлителя, который отдает заряд земле. Молниеприемник может иметь вид металлического штыря (стержневой), натянутого вдоль конька крыши металлического троса или металлической сетки из арматуры с шагом ячеек обычно Продажа в кредит ► -Отопление дома ► Котельная ► м. Для защиты от прямого удара молнии как можно большей площади 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 не всем по карману, да и пейзаж они не облагораживают. Поэтому чаще всего применяют тросовые и сетчатые молниеприемники, причем для строений с неметаллической кровлей допустима упрощенная схема молниезащиты.

Случаи применения упрощенных способов защиты от прямых ударов молнии

При наличии на расстоянии Водоснабжение ► -Отопление дома ► 0 м от строения деревьев, в Котельная ► раза и более превышающих его высоту с учетом всех выступающих над кровлей элементов (дымовые трубы, антенны и т. д.), по стволу ближайшего дерева прокладывают токоотвод, верхний конец которого выступает над кроной дерева не менее чем на 0,Котельная ► м. У основания дерева токоотвод присоединяют к заземлителю.

Если конек кровли соответствует наибольшей высоте постройки, над ним подвешивают тросовый молниеприемник, возвышающийся над коньком не менее чем на 0,Котельная ► Монтаж систем ► 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 Отопление дома ► 0 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,Котельная ► 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 т.д. К кровле присоединяют все выступающие над ней металлические предметы, например дефлекторы.

Во всех случаях применяют молниеприемники и токоотводы диаметром от Продажа в кредит ► мм, а в качестве заземлителя — один вертикальный или горизонтальный электрод длиной Котельная ► -Водоснабжение ► м, диаметром от Отопление дома ► 0 мм, уложенный на глубине не менее 0,Монтаж систем ► м. Допускают сварные и болтовые соединения элементов молниеотводов.

Довольно часто можно слышать мнение, что металлическая кровля (например, металлочерепица) позволяет не заботиться о молниезащите. Очень опасное заблуждение! Поддерживают его в основном сами продавцы металлочерепицы. Металлическая кровля может выступать в качестве молниеприемника, но любой молниеприемник нужно заземлять, а значит, делать токоотводы (причем обязательно два, по противоположным углам здания) и заземление. Впрочем, от «серьезной» молнии такая защита не спасет, поскольку расчетная толщина листов крыши должна быть не менее Ремонт труб ► мм (а кто такую применяет?). Листы меньшей толщины молния просто прожигает. Если на крыше есть выступающие элементы (например, металлические дымовые трубы), на них монтируются молниеприемники, выступающие над верхним краем на 0,Котельная ► м и надежно присоединенные к металлу крыши. Еще раз напоминаем вам: здания с металлической кровлей обязательно нужно оборудовать системой молниезащиты.

Что касается крыши именно из металлочерепицы, то здесь многое зависит от способа ее крепления к стропилам. Если стыкуемые листы имеют между собой электрическую связь, такая крыша в принципе может служить молниеприемником (если не учитывать ее толщины, которая явно меньше Ремонт труб ► мм). Гораздо надежнее все же оборудовать такую крышу обычным стержневым или тросовым молниеприемником и заземлять ее как обычную металлическую кровлю.

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 появлялся столб ионизированного воздуха, на который и замыкался лидер от грозовой тучи. Позже эти устройства трансформировались в безопасные молниеприемники, работающие уже не от радиоактивных изотопов, а с помощью электроники (PROTEL, Франция). Устройства оказались достаточно эффективными, есть опыт их применения в Москве. К несомненным достоинствам таких молниеприемников можно отнести прекрасную возможность сохранить архитектурный облик строения, не искажая его видимыми дополнениями. Недостаток только один — относительно высокая цена (от $ Отопление дома ► 000).

Многие из нас наблюдали, как часто молнии разряжаются вблизи различных высоких объектов, не всегда попадая именно в них. Но немногие обращают внимание на то, что 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 встречный лидер от высокого объекта и в итоге 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 проживания вблизи таких объектов. И уж о чем просто необходимо думать, имея подобного «соседа», так это о гарантированной молниезащите своего дома.

Теперь самое время указать на ошибки отечественного ПУЭ. Европа раньше нас начала строить «общество потребления» и раньше озаботилась проблемой защиты имущества от вторичных поражающих факторов молнии. В последней редакции ПУЭ в соответствии с нормами МЭК изменен порядок заземления самого молниеотвода и всех электроустановок, находящихся в доме (раньше у молниеотвода было свое заземление, а у внутренней сети потребителей — свое). Сегодня предписывается объединять заземление молниеотвода и сети, но сохраняя и автономное заземление молниеотвода. В «нашем» ПЭУ об автономном заземлении молниеотвода как-то забыли. Иными словами, если от первичных поражающих факторов молниеотвод, сделанный в соответствии с инструкцией, защищает, то от вторичных может и не уберечь.

Здесь необходимо обратиться к первопричине возникновения такой ситуации. Все здания и сооружения защищаются от молнии по-разному. Эта разница зависит от их назначения. Объекты делятся с точки зрения молниезащиты на три категории. Первые две категории имеют максимально возможную степень защищенности (в том числе и от вторичных поражающих факторов молнии). Это объекты, в которых хранятся или перерабатываются взрывчатые вещества (в открытом или закупоренном виде). Все остальное (и наши дома тоже) относится к третьей категории. И по ныне действующим нормам, для зданий, оборудуемых по третьей категории, собственно защита от вторичных проявлений молнии не предусмотрена (речь идет об электромагнитной и электростатической индукции).

Заземление

В любом случае — как для «внешней», так и для «внутренней» молниезащиты — очень важна роль заземления. И об этом стоит поговорить подробнее. Вернемся к нашей инструкции. Она настоятельно рекомендует заземлять молниеотводы на арматуру фундамента дома или, если это невозможно, заглублять в землю штыри-электроды (кстати, заземлять на арматуру фундамента тоже можно не всегда, здесь есть свои ограничения: если фундамент гидроизолируется составами на эпоксидной основе или если влажность грунта меньше Водоснабжение ► %). Электроды должны заглубляться так, чтобы достигать влажных слоев почвы. Но не везде и это возможно, особенно на скальных грунтах. Удельное сопротивление самой почвы тоже разное: скальные грунты имеют значение удельного сопротивления до Водоснабжение ► 000 Ом, а смешанный грунт — Отопление дома ► Монтаж систем ► 0-Котельная ► 00 Ом. Поэтому не все так просто с заземлением. В идеале его надо выполнять на основании измерений удельного сопротивления грунта, на котором стоит дом, и соответствующих расчетов для определения количества и поперечного сечения электродов, глубины их залегания в грунт. При большом удельном сопротивлении грунтов очень хорошо присоединять к заземляющему устройству проходящие поблизости водопроводные трубы, обсадные трубы артезианских колодцев или свинцовые оболочки кабелей.

Что касается скальных грунтов с их высоким удельным сопротивлением, то в них чисто практически почти невозможно сделать заземление. В этом случае специалисты предлагают большее внимание уделить именно системе выравнивания потенциалов. В итоге гораздо безопаснее во всей сети получить высокий потенциал, но без перепадов (выровненный), который уже не вызовет искрения и других неприятностей.

Удельное сопротивление становится важным при определении допустимых и безопасных расстояний между молниеотводом и защищаемым объектом. Речь идет о так называемом шаговом напряжении, которое в непосредственной близи с заземляющими электродами может быть очень значительным и опасным для жизни. Во время грозы не рекомендуется находиться ближе пяти метров от заземлителя молниеотвода, чтобы не попасть под действие шагового напряжения и напряжения прикосновения.

Многолетняя практика устройства молниезащиты сформировала усредненные требования к величинам сечений элементов молниезащиты. Например, поперечное сечение заземляющих электродов должно быть не меньше Монтаж систем ► 0 ммКотельная ► , при этом толщина полос, стенок труб или профильной стали должна быть не менее Ремонт труб ► мм. Защита от коррозии обеспечивается применением оцинкованной стали или меди. Покраска или покрытие заземляющих электродов битумом не допускается. Требования к величине заглубления электродов тоже обоснованны — в летнее время верхний слой земли часто пересыхает, что увеличивает сопротивление заземлителя.

Расчет сопротивления заземления важен хотя бы потому, что напряжение «пробоя» (короткого замыкания) начинается от величины в Водоснабжение ► 00-Монтаж систем ► 00 кВ/м. Сила тока, протекающего по молниеотводу, в своем максимуме может достигать Котельная ► 00 000 А. Сопротивление же заземления нашего молниеотвода не должно превышать Отопление дома ► 0 Ом. В итоге напряжение, возникающее в молниеотводе, может достигнуть значительно большей величины, чем напряжение пробоя. При этом, в случае не совсем правильного заземления (такого, при котором ток как бы 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.).

Этот пример помогает понять, что все, конечно, можно делать по каким-то давно рассчитанным значениям толщин стержней, полос и т. п., но безопаснее осуществлять расчеты для данного конкретного случая и доверять профессионалам.

Скажем, в НПФ «Электротехника: наука и практика», выросшей из «недр» Лаборатории молниезащиты МЭИ, такие расчеты делаются с применением специально разработанной компьютерной программы, которая учитывает все необходимые факторы — от интенсивности грозовой активности в заданном регионе и габаритных размеров объекта защиты до значения удельного сопротивления грунта и размеров применяемых элементов заземлителя.

Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: устройство молниезащиты надо начинать с замеров и расчетов.

Внутренняя молниезащита

По нормам последней редакции ПУЭ, на объектах, к которым подходят воздушные линии электропередач, в обязательном порядке предписывается устанавливать как первую линию защиты — разрядники, так и вторую — ограничители напряжений. Это важно для гарантированной защиты электроники, находящейся внутри здания. Раньше полагались только на соединение крюков изоляторов, к которым подходят провода воздушных линий, с токоотводом.

Если ваш дом насыщен электроникой, так называемой «внутренней грозозащите» следует уделять особое внимание. Для рядового домовладельца эта область электротехники весьма непроста, самостоятельно разобраться в особенностях различных устройств (а это именно ограничители напряжений и разрядники) сложно. Достаточно сказать, что ограничители напряжений по своему действию делятся на четыре группы, каждая из которых отвечает за свою ступень защиты (A, B, C и D). И эта защита начинается от опоры воздушной линии электропередачи и заканчивается на распределительном щите вашего дома. Ситуация усугубляется и тем, что нормативная база в этой области имеет свои недоработки — либо содержит устаревшие требования, либо рассматривает современные требования частично. Стоимость ограничителей напряжений зависит от типа, модели и фирмы-производителя и начинается с $ Отопление дома ► ,Монтаж систем ► .

Заключение

Стоимость системы молниезащиты в масштабах стоимости дома и имущества ничтожна. Тем более она ничтожна, если ее спроектировали на стадии проекта дома и изготовили на стадии строительства. Да и Услуги под ключ ► % сгоревших от удара молнии домов тоже аргумент. Задумаемся? Работы по молниезащите лучше начинать на стадии создания проекта. В этом случае архитектор и специалист по молниезащите смогут выдать на-гора уже сбалансированный проект, в который, как говорится, «все включено» — и архитектура дома сохранена, и молниеприемник органично в нее вписан, и все расчетные значения толщин, высот и площадей элементов молниезащиты зафиксированы в техдокументациии. Если по какой-либо причине все еще только предстоит, не ждите первых гроз в начале мая, ваш дом дорого стоит!

Редакция благодарит руководителя ООО Научно-производственная фирма «Электротехника: наука и практика» Р. К. Борисову за помощь в подготовке материала.