Безусловно, нормативные показатели изменяются с учетом реалий. Произошло изменение международных стандартов (МЭК), на которые приходится ориентироваться российским стандартам, в том числе и ПУЭ. Конечно, они претерпели изменения, вот только с некоторыми ошибками, но все же рабочая инструкция осталась без каких — либо изменений.
При желании все самые основные требования, указанные в инструкции по устройству системы молниезащиты, можно привести и в этой статье, например, значения "толщин, глубин, высот" ее элементов. Вот только не стоит забывать, что на сегодняшний день к устройству молниезащиты любого современного дома, который обычно насыщен электроникой, нельзя подходить без особой серьезности. Пока, в соответствии с инструкцией, еще есть возможность оснащать свое жилище молниезащитой самому хозяину, а для некоторых районов данная система вообще не является обязательной.
Обязательной же молниезащита является в том случае, в соответствии с нормами ПУЭ, если в данной местности на протяжении года случается как минимум 20 гроз. При наличии информации о числе гроз, о габаритах здания любой специалист сможет высчитать вероятное количество попаданий молнии в данное сооружение. В реальности же есть такие места, куда молнии просто притягивает, что обусловлено геологическими либо какими — нибудь иными аномалиями. В данной ситуации рассчитать частоту возможного попадания молнии просто невозможно. Молния против всех законов с легкостью может попасть несколько раз в одно и то же место.
Молниеотвод представляет собой устройство, которое состоит из трех элементов, таких как молниеприемник, принимающий разряд молнии, токоотвод, который направляет полученный разряд в землю, заземлитель, который отдает заряд земле.
Молниеприемник может быть выполнен как металлический штырь (стержневой) или как металлический трос либо металлическая сетка из арматуры, которая натянута вдоль конька крыши, и имеет шаг ячее 6–12 м. Для того чтобы защитить от удара молнии максимальную площадь, необходимо устанавливать молниеприемник на высоту, в зону защиты которой попадут все выбранные объекты. Зоной защиты же называется все то, что вмещается в конус, при этом высота его должна определяться высотой молниеприемника, а диаметр основания рассчитывается из тройного значения высоты. Чтобы сделать такой молниеотвод, обычно применяются деревья, стоящие рядом, достаточно большой высоты. Также можно соорудить мачту. Вот только второй вариант приемлем далеко не для каждого, да и общий вид он способен изрядно подпортить. В связи с этим обычно используются тросовые или сетчатые молниеприемники, ну а если на вашем строении кровля не металлическая, то можно воспользоваться упрощенной схемой молниезащиты.
В случае грозового разряда в линии возможно появление кратковременных импульсов больших энергий. Такие импульсы могут длиться от 1 микросекунды до 700 микросекунд, иногда и больше. Что касается величины напряжений данных импульсов, то она может достигать от нескольких сотен вольт до десятков киловольт. Если ваш дом находится в коттеджном поселке, где длина линии электропередач достигает нескольких сот метров, то там могут возникнуть импульсы напряжений до 6000 В, а ток при этом может достигать 3000А. В тех линиях, которые находятся внутри зданий, может возникнуть импульс напряжения до 6000В, сила же тока может быть равна 500 А. Самый основной, но при этом не единственный канал попадания грозовой импульсной энергии в цепи питания — индуктивный канал, который образуется проводящим стволом молнии.
При попадании в цепи питания, то есть в электропроводку на 220В, в цепи питания телекоммуникаций, пожарной автоматики и т.д., происходит выход импульса на элементы, а также внутренние структуры оборудования, что вызывает их поражения.
Самыми простыми способами защиты являются грозоразрядники, которые могут быть газовыми и четвертьволновыми. С их помощью напряжение может быть ограничено напряжение в 10–30 кВ до 20–30 В. Вот только они отличаются маленькой скоростью срабатывания.
Что касается металооксидных варисторов, то они гораздо быстрее срабатывают, вот только их величина остаточно напряжения бывает выше, нежели чем допустимая. Самыми быстрыми элементами защиты являются TVS — диоды , вот только у них также есть свои границы применимости, так как через них возможно протекание токов не большем, чем в 200А.
Если рядом со строением, на расстоянии 3–10 м, находятся деревья, которые больше чем в два раза превышают его высоту, при этом необходимо учитывать и все выступающие над кровлей элементы, такие как дымовые трубы, антенну и т.д., то по стволу дерева можно проложить токоотвод, который верхним концом будет выступать над кроной дерева как минимум на 0,2 метра. Рядом с основанием дерева необходимо присоединить токоотвод к заземлителю.
В том случае, если конек кровли возвышается над всей постройкой, то над ним можно подвесить тросовый молниеприемник, который должен возвышаться над коньком как минимум на 0,25 м. В качестве опор для молниеприемника могут быть использованы деревянные планки, которые закреплены на стенах строения. Необходимо проложить токоотводы по двум сторонам торцевых стен строения, а затем присоединить их к заземлителям. Если длина строения меньше десяти метров, то и токоотвод, и заземлитель можно выполнить только с одной стороны. Если есть дымовая труба, которая возвышается над всеми элементами кровли, то над ней можно установить стержневой молниеприемник, высота которого должна быть не меньше 0,2 м, ну а по кровле, а также стене строения кладется токоотвод, который присоединяется к заземлителю. Если у вас металлическая кровля, то хоть в одной точке, но ее необходимо присоединить к заземлителю. В этой ситуации в качестве токоотводов можно использовать металлические лестницы, находящиеся снаружи, или водостоки. Нужно присоединить к кровле все металлические предметы, которые выступают над ней, допустим, дефлекторы.
В каждом случае необходимо использовать молниепримник и токоотвод диаметром не меньше 6 мм, для заземлителя же берется электрод вертикальный или горизонтальный, длина которого 2–3 метра, а диаметр не менее 10 мм, его нужно укладывать на глубину как минимум 0,5 м. Могут быть использованы сварные или болтовые соединения между элементами молниеотводов.
Зоной защиты молниеотвода называется то пространство, внутри которого сооружение с определенной надежностью будет защищено от воздействия прямых ударов молнии. Самая минимальная надежность у поверхности зоны защиты, чем глубже, тем она больше. Есть зона защиты типа "А", то есть в узком конусе, ее надежность составляет 99,5 %, также есть зона защиты типа "Б", то есть в широком конусе, в этом случае ее надежность не менее 95%.
Есть одно довольно опасное заблуждение: металлическая кровля избавляет от забот о молниезащите. Распространением такого заблуждения по большей части занимаются сами продавцы металлочерепицы. Безусловно, металлическая кровля может играть роль молниеприемника, вот только любой вид молниеприемника требует заземления, то есть изготовления не только токоотводов, но и заземления кровли. При этом токоотводов должно быть два, они располагаются на противоположных углах здания. Но не стоит надеяться, что такая защита сможет спасти ваш дом от серьезной молнии, ведь у листов крыши расчетная толщина должна составлять как минимум 4 мм, а такую, в принципе, никто и не использует. Ну а если у вас листы тоньше данного параметра, то молния их просто прожжет. При наличии на крыше выступающих элементов, допустим, металлических дымовых труб, на них необходимо монтировать молниеприемники, которые выступают над верхним краем примерно на 0,2 м, а другой стороной надежно присоединяются к металлу крыши. Таким образом, не позволяйте себя обманывать, и при проведении кровельных работ обязательно оборудуйте систему молниезащиты на металлической кровле.
Относительно крыши, выполненной из металлочерепицы, можно сказать следующее: все зависит от того, каким способом она прикреплена к стропилам. В том случае, если между стыкуемыми листами есть электрическая связь, то данная крыша может выступать в качестве молниеприемника, если, конечно, не брать в расчет ее толщину, которая далека от параметра в 4 мм. Лучше всего использовать для такой крыши обычный стержневой или тросовый молниеприемник, а заземление сделать как при обычной металлической кровле.
Кроме "механических" есть еще и "физические" молниеприемники. Возможность искусственного создания столба ионизированного воздуха подсказала использование встречного лидера молнии как металлоприемник. В первых устройствах для ионизации применялся радиоактивный изотоп. После того как к данному устройству подавалось напряжение, происходило появление столба ионизированного воздуха, на который и происходило замыкание лидера от грозовой тучи. Затем произошла трансформация данных устройств в более безопасные молниеприемники, которые работают при помощи электроники (PROTEL, Франция), а не радиоактивных изотопов. Данные устройства отличаются высокой эффективностью, они даже применялись в Москве. Из достоинств таких металлоприемников можно указать то, что они отлично сохраняют внешний архитектурный облик здания, не происходит никакого искажения его видимыми дополнениями. Вот только у таких молниеприемников есть существенный минус, заключающийся в высокой стоимости, не менее $ 1000
Большинство из нас не раз видели, как происходит разряжение молний неподалеку от высоких объектов, но при этом в них молния не попадает. Вот только не все задумывались о том, что рядом с высокими объектами молнии оказываются в разы чаще, в сравнении с другими местами. Данную закономерность можно обосновать тем, что происходит притяжение "встречного лидера" с высоких объектов с лидерами из облака не только над вершиной, но и на периферийных частях тучи. Данные удаленные лидеры бывает, что не могут замкнуться на встречный лидер от высокого объекта, в результате чего все равно происходит их замыкание, но на землю, на встречные лидера от других достаточно высоких объектов.
Таким образом, любая мачта, допустим, сотовой связи, способна притянуть в зону, где она располагается большое количество молний. Данный факт должен натолкнуть вас на мысль: а насколько безопасно проживание по соседству от этих объектов. Ну а если проживание в таких местах вас не смущает, то не забудьте хотя бы о молниезащите своего жилища, так как в данной ситуации она просто жизненно необходима.
Итак, что касается ошибок отечественного ПУЭ. В странах Европы о защите своего имущества от вторичных поражающих факторов молнии задумались гораздо раньше. В соответствии с существующими нормами МЭК, в последнюю редакцию ПУЭ были внесены изменения, касающиеся порядка заземления молниеотвода, а также электроустановок, которые находятся в доме. До этого было указано, что молниеотвод должен иметь свое заземление, а внутренняя сеть потребителей должна иметь собственное заземление. На сегодняшний день необходимо заниматься объединением заземлений молниеотвода, а также сети, но при этом должно сохраняться автономное заземление молниеотвода. Что касается нашего ПЭУ, то там было забыто об автономном заземлении молниеотвода. То есть молниеотвод, который сделан в соответствии с инструкцией, защитить от первичных поражающих факторов может, а вот от вторичных убережет не всегда.
Прямым ударом молнии называется непосредственный контакт проводящего канала молнии с сооружением, что приводит к тому, что через него проходит ток молнии.
Вторичным же проявлением молнии является наведение потенциалов на элементах конструкции, оборудования, выполненных из металла, в незамкнутых металлических контурах, что вызвано близкими разрядами молнии, а значит, способно создать опасность искрения непосредственно внутри объекта, который защищается.
В этой ситуации нужно задуматься об истинной причине такой ситуации. Защита от молнии всех зданий и сооружений осуществляется по — разному. Разница будет зависеть от назначений. С точки зрения молниезащиты объекты можно разделить на три категории. Для первых двух категорий требуется максимальная степень защищенности, даже от вторичных поражающих факторов молнии. В данных объектах происходит хранение взрывчатых веществ, вне зависимости от вида — открытый или закупоренный. Все же остальные сооружения, наши дома в том числе, отнесены к третьей категории. В соответствии с существующими нормами, для зданий, относящихся к третьей категории, защита от вторичных проявлений молнии не является обязательной (в данном случае речь идет об электростатической, а также электромагнитной индукции).
Вне зависимости от того, внешняя или внутренняя молниезащита используется для вашего дома, без заземления не обойтись. На этом моменте стоит остановиться поподробнее.
В соответствии с инструкцией, заземление молниеотводов должно производиться либо на арматуру фундамента дома, либо заглублением в землю штырей-электродов. Первый способ нельзя использовать в том случае, если фундамент гидроизолируется составами, у которых эпоксидная основа, или если влажность грунта не превышает трех процентов. Заглубление электродов должно происходить таким образом, чтобы они достигли влажных слоев почвы. Только не всегда это возможно, например, в случае скальных грунтов. Также разнообразным может быть удельное сопротивление почвы. В случае скальных грунтов удельное сопротивление может достигать 3000 Ом, в случае смешанного грунта удельное сопротивление будет примерно 150-200 Ом. Таким образом, с заземлением также могут возникнуть некоторые трудности. В идеальном варианте заземление должно выполняться, основываясь на измерения удельного сопротивления грунта, который находится под домом. Выполняются специальные расчеты, которые помогают определить количество и поперечное сечения электродов, а также глубину их залегания в грунт. Если удельное сопротивление грунта достаточно велико, то лучше, чтобы к заземляющему устройству были присоединены располагающиеся неподалеку водопроводные трубы, либо обсадные трубы артезианских колодцев, либо оболочки кабелей из свинца.
Относительно скальных грунтов, у которых высокое удельное сопротивление, то в них в принципе нет возможности выполнить заземление. В такой ситуации специалисты советуют обратить внимание на систему выравнивания потенциалов. В результате более безопасно будет получить высокий потенциал во всей сети, но при этом без каких-либо перепадов, то есть выровненный, что означает, что искрения и иные неприятности просто обойдут вас стороной.
Без удельного сопротивления не определить допустимые и безопасные расстояния между объектом, который нужно защищать, и молниеотводом. Это носит название шагового напряжения, которое, находясь очень близко с заземляющими электродами, может представлять собой большую опасность для жизни людей. В момент грозы нельзя быть на расстоянии ближе пяти метров от заземлителя, иначе есть вероятность попадания под действие шагового напряжения, а также напряжения прикосновения.
За множество лет сформировались усредненные требования по отношению к величинам сечений элементов молниезащиты. Допустим, поперечное сечение у заземляющих электродов должно быть как минимум 50 мм2, а толщина полос, профильной стали или стенок труб не должна быть меньше 4 мм. Для защиты от коррозии используется оцинкованная сталь или медь. Нельзя красить или покрывать заземляющие электроды битумом. Что касается требований к величине заглубления электродов, то их тоже можно с легкостью объяснить: случается, что в летние месяцы происходит сильное пересыхания верхнего слоя земли, а значит, сопротивление заземлителя становится гораздо больше.
Очень важно рассчитать сопротивление заземления, так как напряжение "пробоя", то есть короткого замыкания равняется 300–500 кВ/м. Максимум силы тока, который способен протекать по молниеотводу, равняется 200 000 А. ну а сопротивление заземления молниеотвода не должно быть выше, чем 10 Ом. Таким образом, напряжение, которое возникает в молниеотводе, способно достигать величины гораздо большей, в сравнении с напряжением пробоя. Если заземление было сделано неправильно, в результате чего ток не успевает уйти в землю, то при сближении молниеотвода с объектом, который защищается, может произойти пробой, то есть ток постарается замкнуться на коммуникации, находящиеся внутри дома, например на трубы отопления или электрическую проводку.
Данный пример приведен с той целью, чтобы стало понятно, что, безусловно, все можно выполнять в соответствии с рассчитанными в давние времена значениями толщины стержней, полос и т.д. Но все же лучше обращаться за помощью к профессионалам своего дела и делать расчеты для каждого конкретно случая отдельно.
В соответствии с нормами самой последней редакции ПУЭ, если к объектам подходят воздушные линии электропередач, то на данных объектах обязательно должна быть установлена и первая линия защиты, то есть разрядники, и вторая линия защиты, то есть ограничители напряжений. Это необходимо для того, чтобы полностью защитить всю электронику, которая находится внутри дома. В прошлом надежда была только на соединение крюков изоляторов, к которым непосредственно подходят провода от воздушных линий, с токоотводом.
Если в вашем доме большое количество электроники, то без "внутренней грозозащиты" не обойтись. Если вы не вращаетесь в данной среде, то разобраться сходу в особенностях разных устройств будет достаточно проблематично. Хватит лишь той информации, что происходит деление ограничителей напряжений в зависимости от своего действия на 4 группы. Все эти группы по отдельности отвечают за свою собственную ступень защиты. Данная защита будет начинаться на опоре воздушной линии электропередач, а заканчиваться будет уже на распределительном щите дома. Вот только в нормативной базе данной области есть масса недоработок, а также множество устаревших требований, что касается современных требований, то они рассматриваются только частично. Цена на ограничители напряжений будет зависеть от модели, типа, а также фирмы-производителя.
Стоимость, в которую обойдется вам система молниезащиты, по сравнению со стоимостью всего дома просто капля в море. Она будет еще менее заметной, если заняться проектированием системы молниезащиты еще в тот момент, когда изготавливается проект дома или идет стадия строительства. Стоит помнить о печальной статистике, которая говорит нам, что 7% домов сгорают именно от удара молнии. Поэтому стоит задуматься об этом вопросе до того, как случилась беда. Лучше всего заниматься этим в момент создания проекта, тогда гармоничная работа архитектора и специалиста по молниезащите даст вам в результате сбалансированный проект: архитектура дома сохранится, молниеприемник будет органично в нее вписываться, а все необходимые расчетные значения будут указаны в технической документации.