Отвести удар – молниезащита

Давайте «перекрестимся», пока гром не грянул…

Строя свой собственный загородный дом, все задумываются о создании в нем систем отопления, водоснабжения и других благ цивилизации. Но многие, тратя немалые деньги на обустройство своего загородного «гнезда», почему-то забывают о том, что в один момент они могут превратиться в горстку пепла. Статистика свидетельствует, что примерно 7% пожаров в жилых домах происходит от попадания молний! И это не где-нибудь, а у нас, в России.

В этой публикации мы расскажем не только о воздействиях прямого удара молнии, но и о проблемах, возникающих от ее близких разрядов, способных причинить огромный ущерб.

Чтобы понять, для чего нужен молниеотвод и как он устроен, разберемся с тем, что такое сама молния.

Виды молний

Различают пять видов молнии: линейную, чечеточную, или «ракетную», «Огонь св. Эльма», шаровую и разветвленную.
Самый распространенный вид – линейная молния. На ней и остановим свое внимание.

Линейная молния – это гигантский электрический искровой разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью, проявляющийся обычно вспышкой света и сопровождающийся громом. Наиболее часто возникает в кучево-дождевых облаках. Длина молнии может составлять несколько километров, диаметр – десятки сантиметров, длительность – десятые доли секунды. Энергия, выделяемая при ударе молнии, достигает многих миллиардов джоулей. Температура в шнуре составляет, по разным источникам, от 10 до 30, и даже до 50 тысяч градусов.

Интересно, что плотность ударов молнии в землю зависит от геологических, климатических и других факторов. Есть на нашей планете места, где грозовая активность практически не прекращается, а есть и такие, где гроз не бывает десятилетиями. Существуют и закономерности в распределении ударов молний. Количество гроз возрастает от полюсов земного шара к экватору. Кроме того, число молний резко сокращается в пустынях и увеличивается в регионах с интенсивными процессами испарения (во влажных тропических зонах плотность ударов молнии составляет до 20–30 разрядов на 1 км земли за год).

Впечатляет средняя цифра частоты грозовых разрядов в масштабах планеты – они ударяют во все, что стоит на земле, с интенсивностью около ста ударов в секунду! А самих гроз на планете бушует одновременно порядка 2000.

Принимая во внимание столь большую интенсивность ударов молнии, неудивительно, что даже в цивилизованных странах молния уносит множество жизней. Например, ежегодно от удара молнии во Франции погибает несколько десятков людей, в США – около 100 человек, в России – более 200, а в небольшом Зимбабве – до 160 (там однажды за месяц погибло 89 человек). По некоторым данным, на Земле от молний гибнет около тысячи человек в год. Кроме человеческих жертв, удары молний влекут за собой и большое количество пожаров. Очевидно, что молния не только уносит жизни и разрушает дома, но и вредит электронной аппаратуре.

Поражающие факторы молнии

Воздействия молнии принято подразделять на две основные группы:

1. первичные, вызванные прямым ударом молнии;
2. вторичные, индуцированные ее близкими разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуникациями.

Разобравшись с возможными вредными последствиями удара молнии, попробуем выяснить, как от этого защититься. Цель молниезащиты проста – нужно встретить молнию на подлете к крыше и сделать так, чтобы она изменила свое первоначальное направление и, скользнув вдоль стены (или по отдельно стоящему громоотводу), ушла в землю рядом.

Традиционный молниеотвод состоит из трех основных элементов: молниеприемника, который принимает разряд молнии, токоотвода, который должен направить принятый разряд в землю, и заземлителя, который отдает заряд земле.

Типы молниеотводов

Нередко для защиты зданий высотой до 30 м используется отдельно стоящий молниеотвод, радиус защитного действия которого приближенно рассчитывался по формуле:

R = 1,732_h, где h – высота от самой высокой точки дома до пика молниеотвода.

Существуют и другие варианты молниезащиты.

1. С помощью установки на самом высоком месте кровли заземленного металлического стержня. Этот стержень выполняет роль молниеприемника. Он примет первый удар. От молниеприемника должен идти токоотвод – проволока с рекомендованной толщиной примерно 8 мм. Ее нужно прикрепить к молниеприемнику очень тщательно, ведь через это соединение будут проходить 200 тысяч ампер!
   Токоотвод спускают с кровли и, прикрепляя к стене дома специальными креплениями, доводят до земли и погружают в нее там, где заложен заземлитель (опять же, тщательно прикрепленный).
2. С помощью заземленного металлического троса. В этом случае вдоль конька кровли по всей длине протягивается металлический трос на двух опорах, к нему крепится токоотвод, спускается вдоль крыши, проходит по стене, уходит в землю и прикрепляется к заземлителю.
3. С помощью молниезащитной сетки, состоящей из проложенного по коньку кровли металлического проводника и металлических заземленных токоотводов. Этот вид молниезащиты наиболее распространен. Молниеприемная сетка практически не видна и, в отличие от традиционного молниеприемника, не изменяет эстетику здания или коттеджа.

Заземление

От того, насколько правильно и качественно будет выполнено заземление, зависит эффективность действия всей молниезащитной системы. Заземление может быть в виде электродов или полосы заземления, представляющей собой контур вокруг здания. Электроды должны заглубляться так, чтобы достигать влажных слоев почвы. Заземление 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 этом разброс в значениях удельного сопротивления почвы весьма значителен – от 150–200 Ом (смешанный грунт) до 3000 Ом (скальные грунты). Нужно помнить, что в летнее время верхний слой земли часто пересыхает, что увеличивает сопротивление заземлителя.
Расчет сопротивления заземления важен уже потому, что напряжение «пробоя» (короткого замыкания) начинается от величины в 300–500 кВ/м, а сила тока, протекающего по молниеотводу, может достигать 200 000 А. Сопротивление же заземления молниеотвода не должно превышать 10 Ом. В итоге перенапряжение, 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.).

Кроме вышеперечисленных «механических», существуют и нетрадиционные средства молниезащиты, например ионизаторы. Ионизаторы представляют собой устройства, постоянно создающие серию коротких электрических импульсов между грозовой тучей и аппаратом за счет напряженности электромагнитного поля. Разряд молнии в защищаемой зоне, по мнению разработчиков, должен попасть в ионизатор, который при этом не выйдет из строя. Такое устройство автономно и не требует технического обслуживания. Достоинство ионизаторов в том, что они легки в установке, недостаток – высокая цена, которая измеряется в тысячах евро, а также то, что они не приняты российскими и международными стандартами.

В заключение скажем, что системы молниезащиты могут быть разные, а их оптимальный выбор и расчет параметров зависят от конкретной ситуации. Данный материал не является инструкцией по строительству молниеотвода. Создание молниеотвода требует специальных знаний и изучения конкретных условий. Только профессионал сможет найти наилучшее решение в зависимости от материала крыши, свойств грунта и других параметров.