Установка и проектирование систем молниезащиты

удар молнии в зданиеС самых давних лет люди сталкивались с поражающей силой молнии. В древней Греции за неё отвечал Зевс-Громовержец, у славян - Перун. Сейчас она потеряла свою божественность, но не разрушительную силу.

Попадание молнии в здания и деревья может привести к пожару, а в линию электропередач к броску напряжения, сжигающему электроаппаратуру и особенно электронные устройства. Если под удар молнии попадёт человек, то это может привести к смерти. Так погиб друг и коллега Ломоносова Георг Рихман.

О том, какие существуют системы молниезащиты, рассказывает эта статья.

Что такое молния

Молния – это электрический разряд между облаками или облаками и землёй. Это доказывают опыты американского учёного и президента Бенджамина Франклина. В 1752 году он запустил во время грозы бумажный змей, прикрепил к верёвке ключ и получил искры.

Самая распространённая теория утверждает, что причина в том, что капли воды разного размера заряжены разным потенциалом, а потоки воздуха их разделяют. Поэтому между разными частями облака или между облаком и землёй накапливается заряд до миллиарда вольт. Разряд, вызванный этим потенциалом и достигающий 200 кА, и есть молния.

Для чего нужна молниезащита

Различают три типа воздействия молнии на здания и электропроводку в доме и от всех нужна молниезащита:

  1. Прямой удар. Это достаточно редкий случай, при котором молния попадает прямо в здание. Через здание протекает короткий импульс тока до 200 кА. Возможен пожар от нагрева конструкций или искр, а также поражение людей электрическим током. Молниезащита выполняется молниеотводом.
  2. Вторичное проявление. При прохождении тока рядом с металлическими конструкциями в них наводится потенциал, достаточный для появления искр. Это также может привести к пожару, особенно во взрывоопасных помещениях. Молниезащита обеспечивается заземлением.
  3. Занос высокого потенциала. При ударах молнии рядом с кабелями, в них наводится электромагнитная индукция, достаточная для выхода из строя электроаппаратуры и пробоя изоляции. Молниезащита осуществляется УЗИП (устройство защиты от импульсного перенапряжения).

Молниезащита и её разновидности

пассивная и активная молниезащита

Молниезащита есть двух систем - активного и пассивного типа

Пассивная молниезащита

Пассивная система защиты (громоотвод) защищает здания, сооружения, линии электропередач, телевышки и другие объекты самим фактом своего существования. Молниезащита этого типа основана очень простом принципе - молнии необходимо предоставить другой, безопасный путь. Она всегда ударяет в самую высокую точку здания, в дерево, крышу или верхушку заводской трубы. Затем электрический ток проходит по сооружению, в который попала молния и уходит в землю.

В грозу запрещено прятаться от дождя в поле под деревом, а в лесу нужно выбирать деревья пониже.

Молниезащита состоит из трёх элементов, собранных в одну систему молниеотвода:

  1. Приёмника разряда. Это та часть молниеотвода, в которую попадает молния. Располагается молниеприемник выше защищаемого сооружения. Молниезащита, расположенная на высоком здании, может защищать целый микрорайон. Соединяется молниеприемник с токоотводом.
  2. Токоотвод. Предназначен для передачи импульса тока, длящегося миллисекунды и достигающего 200 000 А к заземлению.
  3. Контур заземления. Служит для отведения грозового разряда в землю.

Активная молниезащита

Устройство этой системы аналогично пассивной, но к ней добавлен ионизатор воздуха. Ионизированный воздух, являясь проводником, поднимается над молниеприемником и "увеличивает" его длину. Это во много раз повышает радиус действия системы и позволяет защитить не только сам объект, но и окружающие сооружения, на которых молниезащита может не устанавливаться.

Несмотря на кажущуюся сложность, молниезащита этого типа не нуждается в подпитке электричеством, принимая его прямо из воздуха. Во время грозы напряжённость воздуха достигает 20 кВ/м. При росте напряжённости поля молниеприемник активизируется и генерирует высоковольтный импульс. Молниезащита такой системы устанавливается не только на юге, где это более актуально из-за большего количества гроз. Также актуальна молниезащита в Воронеже, Рязани или Саратове.

Виды исполнения приёмников разряда

Молниезащита выполняется с молниеприемниками разного типа, в зависимости от местных условий. С токоотводом они соединяются с помощью сварки.

Молниезащита из металлических штырей

установка штыревой молниезащитыСамая распространённая конструкция молниеприемника- это металлические штыри. Выполняются из стального прута диаметром 8мм или сечением 100 мм2. Длина штыря и расположение выбираются так, чтобы его верхняя точка поднималась на 2 метра над верхом крыши дома.

Если крыша большая или сложной формы, то молниезащита требует установки нескольких штырей. Радиус защиты принимают равным длине штыря.

Молниезащита из металлического троса

молниезащита из металлического троса

Для защиты зданий и сооружений большой длины приёмник разряда изготавливают из стального троса диаметром не менее 12 мм. Протягивается трос над коньком, на высоте 0,5 метра от уровня крыши. Опоры, на которых натянут трос, изолируются от него. Защищают тросовыми токоприёмниками дома с шиферными, черепичными и деревянными крышами.

Молниезащита из металлической сетки

Самой сложным конструктивно является приёмник разряда из металлической сетки. Этот способ применяют на черепичных крышах. Она изготавливается из металлической проволоки, диаметром 6 мм. Сетка изготавливается с квадратными ячейками размером 6 метров. Все соединения в пересечениях проволоки производят с помощью электросварки сварки.

Устройство и монтаж токоотвода

Предназначен для соединения токоприёмника и контура заземления. Токоотводы выполняют из стальной проволоки диаметром 6 мм. Проволока крепится к стенам здания специальными крепежами. Устройство крепежей должна исключать повреждение токоотводов ветром или снегом. Трасса прокладки проволоки выбирается таким образом, чтобы избежать соприкосновения с металлическими элементами здания. Если токоотвод проходит по воспламеняемым материалам, то он закрепляется на расстоянии 20 см во избежание возгорания (во время сильной продолжительной грозы токоотвод может нагреться до высокой температуры).

Изгибать токоотводы запрещено, особенно под углом менее 90 градусов. Это может вызвать искровой разряд в месте перегиба и пожар сооружения.

Устройство заземления

Предназначено для отвода электрического заряда в землю. Без него молниезащита не имеет смысла. Должно присутствовать в здании также для заземления электроприборов. Если заземление отсутствует или его сечение недостаточно, то монтируется индивидуально для объекта.

Монтаж заземления

монтаж заземления

В случае отсутствия надёжного контура заземления следует смонтировать и подключить индивидуальный контур, для того дома, на котором будет устанавливаться система молниезащиты. Его можно использовать также для заземления электроприборов. Для монтажа устройства на расстоянии 1 метра от фундамента здания выкапывают траншею в форме равностороннего треугольника с длиной стороны 1-1,2 метра и глубиной 1 метр. В углах треугольника забивают вертикально отрезки стального уголка сечением 50*50 мм длиной 2,5-3 метра. Верхние концы уголков соединяют при помощи сварки таким же уголком или полосой, сечением не менее 40*4 мм. Болтовое соединение не применяют - с течением времени оно ржавеет и контакт ухудшается. К дому заземление подключают такой же полосой или стальным прутом, диаметром 10 мм. Для защиты от коррозии прут и места сварки окрашивают.

Категорически запрещается окрашивать вертикальные уголки или горизонтальные шины. Краска является изолятором и ухудшает работу контура.

Внутренняя молниезащита

Попадание молнии в электропровода вызывает бросок напряжения, большой по величине, но кратковременный. Этого достаточно, чтобы вышла из строя электроника, а иногда и лампы накаливания. Для защиты электроприборов от перенапряжения, вызванного попаданием молнии в электропровода, молниезащита дополняется устройствами защиты от импульсного напряжения (УЗИП).

Виды УЗИП

УЗИП есть разных классов, в зависимости от конструкции и степени защиты:

  1. I класс. Защищают электроустановки от электромагнитных импульсов, вызванных попаданием молнии в линии электропередач. Этот тип устанавливается во вводных щитах админзданий и многоэтажных домов.
  2. II класс. Защищают электроаппаратуру от импульсов, появляющихся в результате переключений. Выполняют функцию дополнительной защиты. Устанавливаются в распредщитах.
  3. III класс. Защищают оборудование от импульсного перенапряжения, а также от высокочастотных помех. Устанавливаются на вводе в частный дом или квартиру. Крепятся на Din-рейку или включаются в розетку.

УЗИП отличаются также по принципу работы:

  1. Искровые разрядники. В устройстве имеется воздушный зазор между "нолём" и "фазой". Величина этого зазора рассчитывается таким образом, что при номинальном напряжении сети ток через него не идёт. При попадании молнии в линию электропередач напряжение возрастает и через искровой промежуток происходит разряд, закорачивающий линию и отключающий потребителей от сети. Устройства этого типа используются в сетях высокого напряжения.
  2. Ограничители перенапряжения (ОПН). В качестве рабочего элемента используется варистор. При номинальном напряжении сопротивление варистора очень велико, а ток близок к нулю. При возрастании напряжения сопротивление варистора падает, а ток возрастает, что снижает напряжение до номинала. После нормализации напряжения сопротивление варистора возрастает, и ток падает практически до ноля.

Защитить особоточное оборудование можно также с помощью компьютерного ИБП (источника бесперебойного питания) двойного преобразования, или on-line.

Как проверяется молниезащита

Молниезащита сооружения проверяется визуальным осмотром и измерением сопротивления контура заземления. При осмотре проверяется целостность всех креплений и проводников. Места сварки простукиваются молотком. Проверка сопротивления контура заземления производится специальными приборами с составлением соответствующих актов.