Как организовать молниезащиту частного дома
Молнии пугали человека всегда. Особенно страшно было в те времена, когда люди знать-не знали об электрическом токе, разности потенциалов в грозовом облаке и не могли внятно объяснить принесенные стихией масштабные разрушения. Сегодня неясностей с научной стороны вопроса нет. Любой здравомыслящий человек понимает – от молний можно уберечься.
Чем опасны грозы
Точнее, опасность несут грозовые облака, рождающие молнии. Молния – это мощный электрический искровой разряд, возникающий в газовой оболочке Земли. В тот самый момент, когда вы читаете эти строки, в разных точках нашей планеты сверкает 2 тысячи молний, каждую секунду примерно 50 ударяют в земную поверхность. Амплитуда тока при ударе достигает 200 кА. Напряжение чрезвычайно высокое.
Конечно, это огромная угроза - для людей, сооружений, для животного и растительного мира. Попадание молнии в здание может обернуться:
травмами и гибелью людей;
пожарами и разрушениям;
коротким замыканием;
выходом из строя техники и приборов.
Согласно статистике, молния становится причиной каждого пятого пожара. Наши дома сегодня буквально напичканы электроникой, что увеличивает опасность. Если дача возведена из горючих материалов, на участке есть колодец, скважина, теплица, прочие сооружения, которые могут притянуть молнию, то обязательно побеспокойтесь о безопасности себя и близких.
История вопроса
Громоотвод изобрел американец Бенджамин Франклин. Человек он был удивительный – занимался политикой, дипломатией, искусством, естествознанием. В США отметили его заслуги, разместив портрет Франклина на стодолларовой купюре. Да-да, хотя прежде такой чести удостаивались только президенты.
Ученый проводил множество экспериментов с атмосферным электричеством. Он выяснил, что если источник разряда, например, электрическую машину, соединить с землей стержнем из металла, то разряд уйдет в почву. А если молния – та же искра, то отчего б металлическим шестом не разрядить опасное облако?
В 1752 году Франклин решился на отчаянный шаг – поймать молнию воздушным змеем, к которому привязан гвоздь. В змей действительно стукнула молния, а мокрый шнур стал проводником для тока. Франклин сделал вывод: грозовые электрические разряды можно ловить и гасить. Результатом стало устройство, которому почему-то дали название громоотвод, а ведь отводит оно молнии.
Что входит в систему молниезащиты
Итак, молниезащиты требуют все постройки, идет ли речь о производственных площадках, многоквартирных высотках, загородных коттеджах или дачах. Насколько серьезно подействует на них молния, зависит от наличия на территории газов, паров, пыли… Классифицируя объекты по категориям, учитывают их важность, расчетное количество ударов, степень угрозы для окружающих.
Мы рассмотрим защитные комплексы для строений III категории – частных жилых строений, коттеджей и садовых домиков.
Задача системы молниезащиты заключается в предотвращении удара молнии – она берет его на себя. В состав входят:
молниеприемник – по-простому, громоотвод, который принимает разряд;
токоотводы – проводники, обеспечивающие току маршрут до заземляющего контура;
заземлители – расположенные в грунте проводники, по которым ток уходит в почву.
Это внешняя молниезащита. Внутренняя предполагает установку в электрощит УЗИП – защитного устройства от импульсных перенапряжений, которые приводят к поломкам техники. Величина импульсного перенапряжения связана с точкой поражения. Прямой удар молнии – это чрезвычайно опасное перенапряжение 1 типа, опосредованный – 2 тип.
Поскольку защита от грозовых разрядов базируется на общем принципе отвода электрического тока опасных величин в грунт, то невозможно в это вопросе обойти систему заземления. Эти два вопроса теснейшим образом связаны. Заземление – это совокупность элементов, которые обеспечивают стекание токов в почву. То есть оно является частью внешней молниезащиты. А второе его назначение – защита имеющегося в доме электрооборудования. Заземляют генераторы, котлы, бойлеры, всю электротехнику. Если металлические корпуса и токопроводящие детали соединены с заземляющим контуром, то при повреждении изоляции опасное напряжение не возникнет.
Молниеприемник
Это самый выдающийся, в прямом смысле слова, элемент системы. Чаще всего - мачта высотой от двух метров, установленная на крыше. Они бывают стержневыми, облегченными и тяжелыми, секционными, телескопическими… Производители предлагают множество вариантов.
Роль токоприемника невозможно переоценить. Именно он осуществляет индукцию тока при возникновении напряжения статического электричества в атмосфере на ближайшем расстоянии от себя. Чем большее расстояние сможет охватить, тем эффективнее сработает весь комплекс защиты.
По самым грубым подсчетам, конус с вершиной в острие громоотвода, образованный углом вращения 45 градусов, должен накрывать площадку. Но это очень приблизительно! К тому же сейчас используются не только мачты, но громоотводные сетки и тросы, уложенные на крыше.
Чтобы точно определить параметры токоприемника, нужно учесть геометрию кровли, размеры здания, состав почвы, особенности окружающего ландшафта и часто ли случаются грозы – множество характеристик. Словом, самостоятельно с этой задачей не справиться – нужно делать проект. Не экономьте, обратитесь к специалистам.
Токоотводы
Они соединяют захваченную энергию молний с потенциалом земли. В их качестве используются металлические проводники – медные, оцинкованные полоски, стальная катанка. Не возбраняется задействовать подходящие конструкции дома – лестницы, трубы, разумеется, позаботившись об их надежном соединении. Путь токоотвода к заземляющему контуру должен быть кратчайшим, без резких поворотов и изгибов.
Для крепления элементов защиты выпускается широкая линейка держателей, зажимов, соединителей – для прутка, водостоков, черепичной и фальцевой кровли, конька. Уделите данному моменту внимание, ведь наружная система страдает от ветров, атмосферных осадки, температурных перепадов, иных внешних воздействий. Выпадет одно звено, и все усилия пойдут прахом.
Контур заземления
Финальная часть системы, обеспечивающая контакт разряда тока с почвой, где он и будет погашен. Главная деталь глубинного заземления – стержни, которые размещают в грунте.
Контур нужно правильно организовать и смонтировать. Самодельная конструкция в виде кое-как забитого в почву металлического штыря в грозу не спасет. Традиционные подходы к организации линейного контура требуют, во-первых, трудоемкой копки земли, во-вторых, чтобы ток рассевался равномерно, необходимо обеспечить обширную площадь контакта штырей и почвы, в-третьих, нужна сварка для соединения отдельных деталей.
Альтернативой становятся готовые комплекты модульно-штыревого заземления. Они показали свои преимущества в частном жилом секторе, загородном строительстве.
Модульно-штыревое заземление
Основные плюсы этих комплектов – компактность и универсальность. Это сборная конструкция, в которой можно варьировать количество и характеристики заземлителей. С установкой вполне справится один человек, подготовительных работ - минимум, из инструментов – перфоратор. Детали, выполненные в заводских условиях, отвечают нормативным требованиям. Система надежно работает долгие годы.
Комплекты включают:
стержни заземления – нержавеющие, медные, оцинкованные. Их число и размеры зависят от условий монтажа и удельного сопротивления грунта растеканию тока. Чем выше сопротивление, тем больше точек, длиннее и толще штыри. Самая распространенная длина - 1,2 или 1,5 м, диаметр - 14 и 16 мм;
соединительные муфты – накручиваются на стержни с резьбой, дополнительно применяется токопроводящая паста. Зарубежные производители практикуют безмуфтовое цапфовое соединение;
стальной наконечник – для лучшего входа в почву его устанавливают на нижний конец первого стержня;
удароприемная головка – размещается на верхней части первого стержня, оберегает его от механических повреждений;
зажимы заземления – оцинкованные или нержавеющие, крестовые или диагональные, надеваются на верхний электрод, к ним подключаются заземляющие проводники, стык бинтуется антикоррозийной лентой.
Как подобрать модульно-штырьевой комплект
Согласно нормативным документам электрическое сопротивление контура заземления в системах молниезащиты или подключенного к зданиям с газовым котлом, должно составлять не более 10 Ом. Для локального заземления электроустановки частных домов требования мягче –не более 30 Ом.
Перед покупкой определитесь:
сколько нужно стержней;
их размер;
глубина вкапывания;
расстояние между ними.
Также выясните, как залегают грунтовые воды, и глубину промерзания почвы.
В расчетах «плясать» нужно от сопротивления одиночного вертикального заземлителя. Чтобы его высчитать, необходимо знать удельное сопротивление грунта. Какая на вашем участке почва – чернозем, суглинок, песок, торф, известняк? Таблицы удельного сопротивления грунта несложно найти в открытых источниках. Однако значения, приведенные в них, – усредненные, они не учитывают особенности климата. Для уверенности в точности измерений рекомендуем проверить образцы земли в специальной лаборатории.
Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:
Чем ниже удельное сопротивление почвы, чем ближе проходят грунтовые воды, тем меньший комплект потребуется. Если подземные источники пролегают высоко, почва увлажненная, эффективность заземления будет выше. Если получится максимально глубоко вбить электроды, то, возможно, обойдетесь одной точкой. Если нет – понадобится несколько.
ПЭУ при монтаже нескольких очагов прописывают расстояние между стержнями - следует выдерживать соотношение 2,2 к длине штыря. Если оно будет меньше, то возникнет эффект перекрытия, который увеличивает сопротивление растеканию электрических зарядов и снижает эффективность защиты. Глубина вкапывания – от 2 метров.
По завершении монтажных работ обязательно замерьте сопротивление системы омметром.