С детских лет мы знакомы с круговоротом воды в природе. На нашей планете с поверхности морей, океанов, рек постоянно происходит испарение влаги, которая собирается в облака, а затем формируются тучи, переносимые ветром.
При их движении происходит трение капелек воды и льдинок, образуется статическое электричество с накоплением очень высоких потенциалов. Таким способом запасается огромное количество энергии разной полярности, которая во время перемещения облаков теряет изоляцию и разряжается молнией.
В разных точках нашей планеты аналогичные процессы происходят постоянно, ежесекундно в землю из облаков вонзается порядка сотни молний. Они сопровождаются разрядом тока огромной величины, приносят людям большие бедствия.
История появления громоотвода. Разбушевавшаяся стихия и разрушающее действие молнии всегда волновали человечество, а чувство незащищенности вызывало первобытный страх перед неизбежностью происходящего.
И только в XVIII веке американский ученый физик Бенджамин Франклин, сконструировал первую защиту от удара молнии, которую в то время называли громоотводом.
Гениальность ученого подтверждается тем, что именно он разработал Конституцию США, включающую в себя гарантии свободы в Америке. С тех пор его изображение размещено на 100-долларовой купюре.
В основу изобретения Б. Франклина положен принцип встречи разряда на подходе к защищаемому дому и изменения ее направления в молниеприемник с отводом в землю мимо здания.
За два последующих столетия выполнено множество подобных защит разных конструкций, проведены серьезные исследования с испытаниями, но принципиальное решение осталось прежним:
- молниеприемник располагается выше защищаемого здания и встречает молнию;- токоотвод забирает электрический заряд у молниеприемника и передает его заземлителю;- заземлитель гасит полученную энергию в толще земного грунта.
Принципы выполнения защиты. Молнию можно представить как гигантскую искру, проскакивающую между заряженным облаком и поверхностью земли с противоположной полярностью.
Место пробоя искры всегда возникает там, где меньше величина электрического сопротивления изоляции воздуха или ближе расстояние от земли до облака. Поэтому чаще всего поражаются высотные здания, вековые деревья, отдельно стоящие строения.
При этом, молния предпочитает металлические конструкции, ведь электрическая проводимость тока лучше у металла, чем у дерева либо камня. Упрощенную систему молниезащиты вполне можно смонтировать самостоятельно для небольшого дома или коттеджа.
На первый взгляд в этом вопросе нет ничего сложного. Над крышей дома размещается металлический штырь диаметром порядка 12 мм и высотой около полутора метров. Допустимо применить трубу с заваренным верхним торцом.
К смонтированному молниеприемнику приваривается токоотвод из проволоки диаметром от 6 мм, который должен выдержать прохождение тока порядка 200 килоампер. Проволока спускается и крепится по крыше и стене дома, а затем приваривается к забитому в землю на два метра заземлителю.
Особенности проектов и изготовления. Созданная конструкция будет притягивать небесные разряды и при правильно выполненном монтаже отводить их в землю. Только вопрос упирается в то, как проверить надежность, работоспособность собранного устройства.
При любой ошибке молния будет не отводиться, а направляться в здание, производя разрушения. Поэтому специалистами проводятся и анализируются замеры электрических параметров, осуществляются опробования эксплуатационных характеристик прямыми либо косвенными способами по разработанным методикам.
Центром электромагнитной безопасности РФ указывается много рекомендаций для защиты отдельных зданий, учитывающих:
- конструкцию крыши и вид материала кровли;- способы прокладки токоприемников;- устройство заземления;- проверку монтажа и надежности.
Они конкретизируют схемы защит от молнии для зданий разных конструкций с учетом выбора заземлителей, правила установки и монтажа оборудования, методы проверки устройств даже с учетом теории вероятности.
Не всегда молния выбирает самое высокое место, к тому же она часто разделяется на несколько частей, ветвится. Поэтому оптимальным вариантом ее приемника считается толстая металлическая сетка над крышей, которая заземляется со всех сторон.
Типовые схемы молниеприемников. Крыши, покрытые металлическими листами, хорошо защищаются классической схемой, описанной выше.
На покрытые шифером и подобными материалами крыши, включая древесину, устанавливают молниеприемник из стального троса, натянутого вдоль верхней линии кровли.
Трос закрепляется в деревянных подпорках. Крепление токоотвода допускается под винт с пропайкой контактного соединения.
Для защиты крыш из черепицы используется металлическая сетка из троса или проволоки диаметром от 6 мм с размерами ячейки порядка 6 на 6 метра. Все стыки проволоки должны быть хорошо пропаяны.
Токоотвод присоединяется к сетке сваркой либо под винт с пропайкой электрического контакта.
Рекомендации по расположению токоотводов. Прокладку токоотвода рекомендовано проводить по той стене здания, которая противоположна входу в дом, а заземлитель размещать в стороне от фундамента на расстоянии от 3-х метров и более.
Особенности конструкций заземлителей. Заземление изготавливается из оцинкованной или омедненной стали, предпочтительнее круглого сечения. Используемые для этих целей стальные листы или профили типа уголка через определенное время благодаря коррозии быстро разрушаются и со временем отказываются работать.
В таком случае заземление перестанет функционировать, а молниепримник - будет, что послужит причиной несчастных случаев.
Тип заземления рассчитывается по специальным методикам, исходя из конструкции дома с элементами электрооборудования, состояния грунта и выполняется:
- контуром вокруг здания;- несколькими очагами из заземлителей;- глубоко помещенными в землю вертикальными заземлителями длиной до 20 метров;- совмещенными устройствами.
Любой метод изготовления не лишен недостатков и обладает определенными преимуществами, которые следует учесть на стадии проекта дома.
Защита электрооборудования дома. Современные проекты молниезащиты охватывают два контура: внутренний и внешний. Внешним контуром перехватывается и отводится в землю разряд, направленный в здание.
Внутренний контур ликвидирует опасный уровень импульсного перенапряжения в электросети от наведенного молнией электромагнитного потенциала, чем предохраняет от возгораний и неисправностей электрооборудования.
Он работает даже в случае, когда разряд попал в питающую электрическую сеть вдали от дома. Применяемые защитой ограничители напряжения в виде разрядников, варисторов и комбинированных устройств предохраняют электроприборы здания от разрушений путем кратковременного заземления электросети.
Перспективы развития защит. Описанные выше принципы выполнения защиты от молний относятся к пассивным методам. Но с прошлого века существуют, разработанные первоначально во Франции, активные методы.
У них использована несколько другая схема работы молниеприемника, который снабжен системой автоматики. Электронная схема постоянно отслеживает наличие грозового фронта и при его приближении к молниеприемнику вырабатывает в нем мощный поток ионов, создавая зону ионизации с противоположной полярностью.
А при достижении критической величины напряженности происходит встречный старт искрового разряда от молниеприемника к облаку, формируется заранее подготовленный путь для молнии, чем провоцируется ее разряд в землю.
Конструктивно электронный блок активной схемы установлен внутри приемника грозового разряда, надежно защищен от вывода из строя при работе. Такие схемы сейчас широко применяются во Франции, США и других странах мира.
Для их оценки внедрен стандарт Франции NFC 17-102. Их существенным недостатком считается высокая стоимость оборудования, которое в нашей стране пока применяется на больших производственных мощностях нефтегазовой промышленности и в отдельных крупных складских сооружениях.
Планируя проект загородного дома либо коттеджа, следует обязательно обеспечить его безопасность от поражения молнией, учесть научные разработки и рекомендации Российских нормативных документов.