Система внешней молниезащиты: устройство и особенности монтажа

Назначение молниезащиты

Громо-, грозозащита состоит из комплекса технических решений и специализированных приспособлений, которые предназначены для обеспечения безопасности здания в целом, имущества и людей.

Она необходима, когда:

• Здание построено в коттеджном поселке, частном секторе, обособленно, и рядом отсутствуют высокие постройки.
• Крыша перекрыта металлической кровлей.
• Дом возведен на возвышенности.
• Под строением имеются грунтовые воды с неглубоким залеганием.
• Внутри строения имеется работающее мощное оборудование и электроника.

Установленная на кровлю дома защита от удара молний помогает:

• Предотвратить повреждение здания и его частей;
• Сохранить работоспособность во время грозы находящихся внутри помещения электрического оборудования, электронной техники;
• Предотвратить гибель и травмирование людей и иных живых существ, находящихся внутри здания или вблизи него.

Каждый год на Земле фиксируется порядка 16 млн гроз или около 44 тысяч в день. Ток разряда молнии варьируется от 10 до 100 тысяч ампер, а напряжение может достигать нескольких сотен миллионов вольт. Средняя длина молнии составляет от 2,5 км до 20 км.

Устройство внешней молниезащиты

Внешняя система молниезащиты состоит из следующих элементов:

• Молниеприемник (молниеотвод, громоотвод) – устройство, предназначенное для приема разряда молнии. Может изготавливаться из нержавеющей стали, алюминия или меди.
• Токоотвод – выступает в роли проводника, отводит ток молнии от молниеприемника к заземлителю.
• Заземлитель – один или несколько соединенных друг с другом проводников, соприкакающихся с грунтом.

Основная особенность системы внешней защиты – она защищает от прямых ударов молнии и делится на два типа:

1. Пассивная. Принцип действия основан на перехвате громоотводом на себя тока молнии, после чего он через проводник перемещается к системе заземления, где энергия разряда рассеивается.
2. Активная. В основе лежит не ожидание момента удара молнии в крышу, а провоцирование ее на удар за счет ионизации воздуха вокруг молниеприемника, в результате подаются электроимпульсы, заставляющие молнию через определенный промежуток времени бить в токоотвод, из которого энергия уходит в землю.

Последний вариант практически не применяется в наших широтах, так как эффективность активной молниезащиты до сих пор не подтверждена расчетами и необходимыми документами.

Принцип действия молниеотвода

Гроза является источником индуцированных зарядов, которые у поверхности земли образуют электрическое поле. Вблизи острых проводников напряженность электрического поля значительно возрастает, что влечет за собой образование коронного разряда на конце молниеотвода. Такой разряд относится к газовым и представляет собой свечение в виде короны, после его образования ионизационные процессы происходят вблизи только коронирующего электрода, то есть возле острия громоотвода. Из-за этого в этом месте начинает уменьшаться напряженность поля и индуцированные заряды блокируются, они уже не могут накапливаться на сооружении, и вероятность удара молнии стремится к нулю. В те моменты, когда молния все-таки ударяет в здание, она выходит из молниеотвода, не влияя на целостность дома.

Виды молниеотводов

Внешняя молниезащита делится на несколько разновидностей:

Молниеприемная сетка. Применяется для габаритных сооружений с плоской кровлей. Монтаж проводится либо внутри кровельного пирога, либо на самой кровле дома. Проводники сетки обеспечивают заземление металлических элементов и конструкций, к которым осуществлено подключение, распределяют ток молнии между токоотводами и выравнивают потенциал. Основной недостаток – низкий уровень защиты здания от прямых ударов молнии. Если сетка уложена на поверхности крыши, защита обеспечивается на 50-55%, если в кровельном пироге – вообще не обеспечивает никакой защиты.

Молниеприемный стержень. Самый распространенный вид молниезащиты. Длина стержня — от 30 см, ширина – от 6 мм. Такие молниеотводы могут монтироваться как на самом здании, так и удаленно от него:

• На бетонное основание.
• На отдельно стоящие стержневые мачты.

Главное достоинство – максимальная защищенность сооружения, надежность конструкции, простота и легкость изготовления и возведения.

Молниеприемный трос. Применим для высочайшей защиты от прямых ударов молний (для любого вида кровли). Это система из оцинкованных стальных канатов с сечением от 35 мм², которые натягиваются над объектом. Тросы крепятся к опорам, с проложенными токоотводами и заземлением.

Особенности монтажа внешней молниезащиты

Прежде чем устанавливать грозозащиту, следует изучить высотность окружающих застроек. В условиях нахождения рядом с домом высоких зданий, водонапорной башни, линий электропередач следует отдать предпочтение не молниеотводу, а обычному заземлению металлической крыши, то есть кровельные листы из металла соединяются между собой и со всеми металлическими конструкциями. Таким образом создается система уравнивания потенциалов.

Если же рядом с домом отсутствуют высотки, то строение нуждается в монтаже громозащиты. Самым оптимальным вариантом считается отдельностоящий молниеотвод или установка его на высоком дереве. Помимо этого, монтаж можно проводить и на мачте телевизионной антенны, дымовой трубе дома, фронтонах, самой крыше.

Самый простой громоотвод можно изготовить:

• Из арматуры с сечением от 10 мм и длиной 2-6 м. Конец арматуры следует заострить болгаркой.
• Из заверенной по краям стальной трубы ¾ дюйма.

Для токоотвода допустимо использовать стальной прут сечением 10 мм. Необходимо учитывать, что прут потребуется расчетной длины, поэтому его следует сварить. Крепеж токоотвода проводится металлическими держателями или из композитного непроводящего материала. Для избежания пробоя, его монтаж осуществляется на расстоянии минимум 30 см от любых металлических элементов (решеток на окнах, водосточной системы, отливов).

Заземляющий контур закладывается в траншеи глубиной 2 м, они выкапываются вдалеке от крыльца и дорожек.  Вглубь траншеи вбиваются вертикально 3 уголка из стали 40х40 мм с шагом 1,5-2 м. К вершинам уголков приваривается стальной прут (полоса) толщиной от 5 мм, к нему уже приваривается токоотвод. Важно помнить, что заземляющий контур должен располагаться не более чем на 1 м от поверхности земли.

Также необходимо помнить, что:

• Молниеприемник, токоотвод, заземление красить запрещено.
• При установке лучше использовать одни и те же материалы для каждого элемента системы. Например, при соединении стали и меди со временем появится электрохимическая коррозия, которая повлечет за собой увеличение сопротивления участка стыка.
• Эффективность заземления теряется в сухой почве, поэтому периодически следует проверять ее влажность.

Монтаж молниезащиты регламентируется в Беларуси СН 4.04.03-2020 «Молниезащита зданий, сооружений и инженерных коммуникаций» и требует сложных предварительных расчетов. Однако все работы вполне можно выполнить своими руками, особенно при использовании арматуры или стальной трубы. Только стоит учесть, что от качества сварки материалов напрямую зависит надежность защиты.