Абсолютно любой загородный частный дом должен иметь контур заземления для защиты человека от поражения электрическим током. Самую большую опасность представляют такие приборы – где совмещены электричество и вода. На вашей даче это бойлер из которого вы принимаете душ, стиральная машина, чайник, насос, септик, посудомоечная машина: всем этими вы пользуетесь ежедневно и даже не задумываетесь, насколько это опасно без заземления. Если в ваш дом заведено 380 вольт, то повторное заземление просто обязательно!

Контур заземления загородного дома мы выполняем следующим образом: сначала выкапывается траншея шириной в один штык в виде равностороннего треугольника на глубину 0,5 м. Длина граней треугольника – 1,5 метра. По краям треугольника забиваются вертикальные заземлители выполненные из стального уголка 50х50х5 на глубину более двух метров. Конструкция обваривается горизонтальными заземлителями в виде стальной полосы 40х4, которая выводится из контура и закрепляется на фасаде здания. На краю полосы приваривается болт М8 через который, с помощью специального кабельного соединительного наконечника, методом опрессовки происходит переход на медный провод ПВ-1 (ПВ-3 или ПУГВ) сечения не менее 10 квадратных миллиметров. Все соединения делаются только сваркой, и обрабатываются мастикой от коррозии. Такое заземление прослужит Вам не один десяток лет. В конечном счете, заземляющий провод заводится на главную заземляющую шину (ГЗШ). Далее наступает следующий ответственный момент – работа по подключению заземления в щитке. Нужно выбрать правильную систему заземления электроустановки. В настоящее время применяются следующие системы: TN (с подсистемами TN-C, TN-S, TN-C-S) и TT. Обращайтесь к нам, и мы профессионально подберем для вашего дома самую подходящую систему заземления.

В случае, если ваш дом находится в зоне риска попадания молнии, то и его мы сможем защитить. В наше время используются две системы молниезащиты – активная и пассивная. Чаще всего применяется вторая. Мы производим монтаж молниезащитных систем на любой тип кровли: металлочерепицу, ондулин, шифер, черепицу, мягкую кровлю и железо. Мы также осуществляем монтаж готовых комплектов молниезащиты ведущих мировых производителей.

В пассивной системе молниезащиты на коньке крыши монтируется специальный стержневой молниеприемник. Спуск с кровли по фасаду осуществляется стальным оцинкованным проводником на специальных выносных кронштейнах. По токоотводу молния попадает в заземляющий контур и в земле на глубине происходит погашение заряда. В активной системе молниезащиты разные производители используют различные принципы работы: например используются активные молниеприемники с электронными устройствами, которые излучают высоковольтный импульс определенной частоты и амплитуды направленный навстречу молнии. Захватив разряд молнии он также направляется в землю через токоотвод

Мы также настоятельно рекомендуем установить устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) чтобы защитить вашу электропроводку и дорогостоящую технику от попадания молнии в электросеть или наводок возникших в результате этого природного явления.

Необходимость электрически соединять контур заземления молниезащиты, установленной непосредственно на здании, с контуром заземления для электрических установок, прописана в действующих нормативных документах (ПУЭ). Цитируем дословно: «Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими». Как раз 2-я и 3-я категории являются наиболее распространенными, в 1-ю категорию входят взрывоопасные объекты к молниезащите которых предъявляются повышенные требования. Тем не менее, наличие оборота «как правило» подразумевает возможность наличия исключений.

Современные офисные, а теперь и жилые здания содержат множество инженерных систем жизнеобеспечения. Сложно представить отсутствие систем вентиляции, пожаротушения, видеонаблюдения, контроля доступа и т.д. Естественно, у проектировщиков таких систем есть опасения, что в результате действия молнии “нежная” электроника выйдет из строя. При этом некоторые сомнения у специалистов-практиков вызывает целесообразность соединения контуров двух видов заземлений и возникает желание «в рамках закона» запроектировать электрически не связанные заземления. Возможен ли такой подход и повысит ли он на самом деле безопасность эксплуатации электронных устройств?

Зачем нужно объединение контуров заземления?

При попадании молнии в молниеотвод в последнем возникает короткий электрический импульс напряжением до сотен киловольт. При столь высоком напряжении может произойти пробой промежутка между молниеотводом и металлическими конструкциями дома, в том числе и электрическими кабелями. Последствием этого станет возникновение неконтролируемых токов, которые могут привести к пожару, выходу электроники из строя и даже разрушению элементов инфраструктуры (например, пластиковых водопроводных труб). Опытные электрики говорят: «Дайте молнии дорогу, иначе она найдет ее сама». Вот почему электрическое объединение заземлений обязательно.

По этой же причине ПУЭ рекомендует электрически объединять не только заземления, находящиеся в одном здании, но и заземления территориально сближенных объектов. Под данным понятием подразумеваются объекты, заземления которых настолько сближены, что между ними нет зоны нулевого потенциала. Объединение нескольких заземлений в одно осуществляется, согласно нормам ПУЭ-7, п. 1.7.55, путем соединения заземлителей электрическими проводниками в количестве не менее двух штук. Причем проводники могут быть как естественными (например, металлические элементы конструкции здания), так и искусственными (провода, жесткие шины и т.п.).

Одно общее или отдельные заземляющие устройства?

К заземлителям для электрических установок и молниезащиты предъявляются разные требования, и это обстоятельство может стать источником некоторых проблем. Заземлитель для молниезащиты должен отвести в землю за короткое время большой электрический заряд. При этом согласно «Инструкции по молниезащите РД 34.21.122-87» нормируется конструктив заземлителя. Для молниеотвода, согласно этой инструкции, требуется не менее двух вертикальных, или лучевых горизонтальных, заземлителей, за исключением 1 категории молниезащиты, когда таких штырей нужно три. Вот почему наиболее распространенный вариант заземления для молниеотвода — два или три штыря длиной около 3 м каждый, соединенных металлической полосой, заглубленной не менее чем на 50 см в землю. При использовании деталей производства ZANDZ такой заземлитель получается долговечным и простым в монтаже.

Совсем другое дело — заземление для электрических установок. В обычном случае оно не должно превышать 30 Ом, а для ряда применений, описанных в ведомственных инструкциях, например, для аппаратуры сотовой связи — 4 Ом или еще меньше. Такие заземлители представляют собой штыри длиной более 10 м или даже металлические пластины, помещенные на большую глубину (до 40 м), где даже зимой нет промерзания грунта. Создать такой молниеотвод с заглублением двух и более элементов на десятки метров слишком затратно.

Если параметры грунта и предъявляемые к сопротивлению требования позволяют выполнить единое заземление в здании для молниеотвода и заземления электрических установок, нет никаких препятствий его сделать. В остальных случаях делают различные контуры заземления для молниеотвода и электрических установок, но обязательно соединяют их электрически, желательно, в земле. Исключением является использование некоторого специального оборудования особенно чувствительного к помехам. Например, звукозаписывающая аппаратура. Такое оборудование требует отдельного, так называемого, технологического заземляющего устройства, что прямым образом указывается в инструкциях. В таком случае выполняется отдельное заземляющее устройство, которое соединяется с системой уравнивания потенциалов здания через главную заземляющую шину. А, если такое соединение не предусматривается руководством по эксплуатации аппаратуры, то применяются специальные меры по исключению одновременного прикосновения людей к указанной аппаратуре и металлическим частям здания.

Электрическое соединение заземлений

Схема с несколькими заземлениями, соединенными электрически, обеспечивает выполнение разных, подчас противоречивых, требований к заземляющим устройствам. Согласно ПУЭ, заземления, как и многие другие металлические элементы здания, а также аппаратуры, установленной в нем, должны быть соединены системой уравнивания потенциалов. Под уравниванием потенциалов подразумевается электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства потенциалов. Различают основную и дополнительную системы уравнивания потенциалов. Заземления подключаются к основной системе уравнивания потенциалов, то есть соединяются между собой через главную заземляющую шину. Провода, соединяющие заземления с этой шиной, должны подключаться по радиальному принципу, то есть одно ответвление от указанной шины идет только к одному заземлению.

Для того, чтобы обеспечивалась безопасная работа всей системы, очень важно использовать максимально надежное соединение между заземлениями и главной заземляющей шиной, которое не разрушится под действием молнии. Для этого нужно соблюдать нормы ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013 “Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов” относительно сечения проводов системы уравнивания потенциалов и их соединения между собой.

Тем не менее, даже очень качественная система уравнивания потенциалов не может гарантировать отсутствие всплесков напряжения в сети при ударе молнии в здание. Поэтому, наряду с грамотно спроектированными контурами заземлений, от проблем спасут устройства защиты от импульсных помех (УЗИП). Такая защита является многоступенчатой и носит селективный характер. То есть на объект должен быть установлен комплект УЗИП, подборка элементов которого — непростая задача даже для опытного специалиста. К счастью, выпускаются готовые комплекты УЗИП для типовых случаев применения.

Выводы

Рекомендация ПУЭ об электрическом соединении всех контуров заземлений в здании является обоснованной и при правильной реализации не только не создает опасность для сложной электронной аппаратуры, а, наоборот, защищает ее. В том случае, если аппаратура чувствительна к помехам от молний и требует собственного отдельного заземлителя, можно установить отдельное технологическое заземление в соответствии с прилагаемому к аппаратуре руководству. Система уравнивания потенциалов, объединяющая разрозненные контура заземлений, должна обеспечить надежное электрическое соединение и во многом определяет общий уровень электробезопасности на объекте, поэтому ей должно быть уделено особое внимание.

См. также:

Здесь снова приходится опустить Инструкцию СО-153-34.21.122-2003, не содержащую никаких конкретных требований к заземлению молниеотводов. В Инструкции РД 34.21.122-87 формально требования сформулированы, но они касаются не величины сопротивления заземления, а конструкции заземляющих устройств. Для отдельно стоящих молниеотводов речь идет о фундаментах опор молниеотводов или о специальном заземлителе, минимальные размеры которого показаны на рис. 7.

Рисунок 7. Минимальные размеры заземлителя из горизонтальной полосы и трех вертикальных стержневых электродов по РД 34.21.122-87

В нормативе нет никаких указаний об изменении размеров электродов в зависимости от удельного сопротивления грунта. Это значит, что по мнению составителей типовая конструкция признается пригодной для любых грунтов. Насколько при этом будет меняться ее сопротивление заземления R gr , можно судить по расчетным данным рис. 8.

Рисунок 8. Расчетное значение сопротивления заземления типового заземлителя из Инструкции РД 34.21.122-87

Изменение значения R gr в пределах почти 2-х порядков величины вряд ли можно расценивать как нормирование. Фактически никаких конкретных требований к величине сопротивления заземления норматив не содержит и этот вопрос безусловно заслуживает специального рассмотрения.

Стандарт ОАО «Транснефть» удивил таблицей нормированных значений сопротивления заземления молниеотводов (рис. 9), которую составители полностью скопировали из последнего издания ПУЭ, где она относится к заземлителям опор ВЛ 110 кВ и выше. Жесткие требования ПУЭ вполне понятны, поскольку сопротивление заземления опоры ВЛ в значительной мере определяет величину грозового перенапряжения на линейной изоляции. Мотивы переноса этих требований на заземления молниеотводов выяснить невозможно, тем более, что в высокоомных грунтах их вообще не удается реализовать при помощи сколько-нибудь разумных конструкций. Чтобы продемонстрировать это, на рис. 10 показаны результаты расчета заземлителя молниеотвода совершенно фантастического исполнения. Он представляет собой полностью металлическую конструкцию квадратного сечения, длина стороны которого указана на оси абсцисс. Рассчитаны два варианта - с глубиной заложения в грунт 3 и 10 м. Легко убедиться, что в грунте с удельным сопротивлением ρ = 5000 Ом м нормированное значение 30 Ом (R З /ρ = 0,006 м -1) потребует заполнить металлом окрестность фундамента молниеотвода более, чем 50х50 м. Не лучше ситуация и с протяженном заземлителем. В тех же условиях для обеспечения требуемого сопротивления заземления нужна горизонтальная шина длиной более 450 м.

Эквивалентное удельное сопротивление грунта ρ, Ом*м	Наибольшее допустимое сопротивление заземления опоры по ПУЭ, Ом
Более 100 до 500
Более 500 до 1000
Более 1000 до 5000

Таблица 9

Рисунок 10. К оценке возможностей выполнения требований стандарта ОАО «Транснефть» при помощи сосредоточенного заземляющего устройства

Требования стандарта ОАО "Газпром" предельно конкретны. Сопротивление заземления отдельно стоящего молниеотвода для I и II уровней защиты должно быть равно 10 Ом в грунтах с ρ ≤ 500 Ом м. В более высокоомных грунтах допускается использовать заземлители, сопротивление которых определяется как

Отдавая себе отчет в сложности изготовления такого относительно низкого сопротивления заземления, стандарт рекомендует химическую обработку или частичную замену грунта. Заслуживает внимания оценка объема рекомендованных работ в конкретных условиях. Ее легко выполнить для простейшей ситуации, ориентируясь на полусферический заземляющий электрод, потенциал которого в двухслойном грунте (независимо от того, что было сделано - химия или механическая замена грунта) согласно рис. 11 равен

Рисунок 11. К оценке сопротивления заземления в двухслойном грунте

Откуда точное значение сопротивления заземления определяется как

В предельном случае, когда химическая обработка или замена грунта оказались столь эффективны, что его удельное сопротивление упали почти до нуля,

Выражение позволяет оценить снизу радиус обработки r 1 . В рассматриваемом примере он оказывается равным приблизительно 40 м, что соответствует объему грунта около 134000 м 3 . Полученное значение заставляет очень серьезно задуматься о реальности намечаемой операции.

Рисунок 12. Сопротивление заземления двухлучевого горизонтального заземлителя в зависимости от толщины верхнего обработанного слоя грунта

К похожему результату приводит оценка и для любой другой практически значимой конфигурации заземляющих электродов, например, для двухлучевого заземлителя из горизонтальных шин длиной по 20 м. Расчетная зависимость на рис. 12 позволяет оценить, как меняется сопротивление заземления такой конструкции при вариации толщины верхнего низкоомного слоя замененного грунта. Требуемое сопротивление заземления в 20 Ом получается здесь при толщине обработанного (или замененного) слоя в 2,5 м. Важно понять, на каком расстоянии от заземлителя можно прекратить обработку. Показателем является потенциал на поверхности земли U(r). Изменение удельного сопротивления перестанет влиять на результат там, где потенциал U(r) станет намного меньше потенциала заземляющего электрода U З = U(r 0).

2.2. С какой целью заземляется молниеотвод

Прошу не считать банальным заголовок раздела. Молниеотводы заземляли всегда, с момента их изобретения, иначе как они могли бы отвести в землю ток молнии. Современные руководства говорят о том, что сопротивление заземления должны обеспечить безопасный отвод тока молнии . О какой опасности и безопасности речь? Здесь не удастся отговориться банальностями. Наверное, стоит еще раз вспомнить о воздушных линиях электропередачи. Там сопротивление заземления определяет резистивную составляющую грозовых перенапряжений которые действуют на гирлянду изоляторов.

Ничего подобного нет у молниеотводов. Их молниеприемник ”без проблем” принимает потенциал заземляющих электродов. Присутствие конечного сопротивления заземления никак не влияет и на способность молниеотвода притягивать к себе молнию. В лаборатории не раз пытались проследить за влиянием сопротивления заземления на этот процесс и каждый раз безрезультатно. Объяснение здесь достаточно простое и очевидное. Молния никогда не ударяет в молниеотвод. Ее встречает и притягивает к себе плазменный канал встречного разряда, который стартует от вершины молниеотвода в электрическом поле грозового облака и заряда уже формирующейся молнии. Этот канал (его называют встречным лидером) развивается при токе не более десятков ампер. Падение напряжения от такого слабого тока на сопротивлении заземления молниеотвода мало значимо по сравнению с потенциалом порядка 10 7 -10 8 В, который несет молния от грозового облака. Действительно, при сопротивлении заземления 10, 20, 100 или 200 Ом напряжение на заземлителе от тока ~ 10 А все равно не превысит даже 10 4 В - величину ничтожно малую по сравнению с тем, чем располагает молния.

Отдельно стоящий молниеотвод, как известно, используют с единственной целью - устранить распространение тока молнии по металлоконструкциям защищаемого объекта. Именно для этого выбираются вполне конкретные расстояния от молниеотвода до объекта по воздуху и по земле. Допустим, что они выбраны верно и действительно исключают искровые перекрытия. Тем не менее, ток в заземлитель объекта попадает и попадает достаточно весомой долей, особенно когда функцию его заземления исполняет достаточно большой по площади фундамент защищаемого сооружения. Расчетные данные на рис. 14 показывают эту долю в зависимости от расстояния между заземлителями. У молниеотвода он выполнен согласно предписанию Инструкции РД 34.21.122-87 в виде горизонтальной полосы длиной 10 м с 3-мя вертикальными стержнями по 3 м каждый; фундамент объекта имеет размеры 50х50 м и заглублен на 3 м. Компьютерные расчеты выполнены для однородного грунта и для случая, когда поверхностный слой основного грунта на глубину до 2,5 м заменен высоко проводящим с удельным сопротивлением, меньшим в 50 раз. Легко убедиться, что изоляционное расстояние в 5 м, предписанное по стандарту ОАО «Транснефть», мало препятствует проникновению тока молнии к объекту через грунта, особенно, если его верхний слой заменен или химически обработан. Даже при расстоянии в 15 м, нормированном стандартом ОАО «Газпром», ток в заземлителе объекта превышает 50%.

Рисунок 14. Доля тока молнии, проникшая в заземлитель объекта через проводящую связь с заземлителем молниеотвода в зависимости от расстояния между ними

Здесь нужно еще раз подчеркнуть, что любая обработка верхнего слоя грунта, снижающая сопротивление заземления, не только не уменьшает кондуктивную связь между молниеотводом и объектом, но заметно осиливает ее, повышая тем самым долю тока молнии, ответвившуюся в объект.

Самое время еще раз поставить вопрос о цели снижения сопротивления заземления. Остается два незатронутых аспекта проблемы - формирование искровых каналов и напряжение шага. Первый вопрос будет рассмотрен ниже в специальном разделе. Что же касается напряжения шага, то оно безусловно зависит от конструкции заземлителя молниеотвода и от его сопротивления заземления. Расчетные кривые на рис. 15 демонстрируют динамику снижения напряжения шага по мере удаления от типового заземлителя молниеотвода, предписанного Инструкцией РД 34.21.122-87 (см. пояснения к рис. 14).

2.3. Как проектировать

В разделе снова ставится задача об удовлетворении требований нормативных документов без неоправданных материальных затрат. Это тем более важно, что на качество внешней молниезащиты величина сопротивления заземления молниеотвода мало влияет. Во всяком случае, с ней не связаны непосредственно те опасные воздействия молнии, которые могут привести к катастрофической ситуации на резервуарном парке или каком-либо другом объекте переработки углеводородного топлива. Главное, очень хотелось бы избежать дорогостоящей химической обработки или замены больших объемов грунта и без них выполнить требования отраслевых нормативов по молниезащите.

Создавать заземлитель для каждого молниеотвода в отдельности целесообразно только в грунтах с низким удельным сопротивлением, где даже типовая конструкция из РД 34.21.122-87 оказывается вполне дееспособной. Например, при рекомендованной там длине горизонтальной шины в 12 м и 3-х вертикальных стержнях по 5 м сопротивление заземления в грунте удельным сопротивлением ρ равно

Это значит, что при ρ ≤ 300 Ом м расчетное значение не превысит 20 Ом. При более высоком удельном сопротивлении грунта неплохой результат обеспечивают 4 взаимно перпендикулярных луча. При длине по 20 м каждый сопротивление заземления оказывается равным

а установка 5-метровых вертикальных стержней на концах каждого из лучей снижает эту величину до

Проблема становится серьезной, когда удельное сопротивление грунта заметно превышает 1000 Ом*м. Здесь привлекает внимание организация единого контура заземления для всех отдельно стоящих молниеотводов. Стоит еще раз обратиться к рис. 4, где демонстрируется защита резервуарного парка 3-мя тросами длиной по 100 м, при расстоянии между параллельными тросами 50 м. Объединение их опор горизонтальными шинами образует контур заземления с двумя ячейками 100х50 м. Его сопротивление заземления при укладке шин на глубину 0,7 м обеспечивает

что позволяет решить проблему в грунте удельным сопротивлением до 3000 Ом*м, даже руководствуясь предписанием стандарта ОАО "Газпром". Уместно отметить, что дополнительное устройство локального заземлителя у каждого из молниеотводов почти не влияет на сопротивление заземления образованного контура в целом. Так, использование в качестве локального заземлителя каждого молниеотвода стойки его фундамента с металлической арматурой длиной 5 м и эквивалентным радиусом 0,2 м (R gr ≈ 0.1ρ [Ом]) в системе из 6 стоек снизило суммарное сопротивление контура заземления всего на 6%. Причина столь слабого влияния заключена в эффективной экранировке стержней протяженными горизонтальными шинами. Удлиняя горизонтальные шины, связывающие опоры молниеотводов, можно добиться сопротивления заземления порядка 20 Ом и в грунте с удельным сопротивлением 5000 Ом.

Читатель вправе прервать описание столь радужных перспектив, напомнив, что длинная шина медленно вступает в процесс растекания импульсного тока из-за своей индуктивности. Возразить против этого нечего. Но по крайней мере два обстоятельства все-таки действуют в пользу предложенного решения. Во-первых, ни один из упоминавшихся нормативов не требует каких-либо конкретных значений импульсного сопротивления заземления, а во вторых, в высокоомных грунтах скорость проникновения импульсного тока в заземляющую шину достаточно высока и потому текущее значение сопротивления заземления R gr (t) = U gr (t)/i M (t) быстро принимает установившееся значение, контролируемое нормативными требованиями. Как пример на рис. 16 показана расчетная динамика изменения сопротивления заземления шины длиной 200 м между опорами молниеотводов. Принято, что удельное сопротивление грунта равно 5000 Ом*м, а его относительная диэлектрическая проницаемость равна 5 (учет этого параметра важен, когда емкостная утечка в грунт сопоставима с кондуктивной).

Э. М. Базелян , д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Полезные материалы :

Жителей городов мало волнует молниезащита и заземление, государство уже о них позаботилось, обязав проектировщиков и строителей предусмотреть соответствующие технические решения. Вопрос защиты от молний особо актуален для владельцев дач и загородных домов.

Делать молниезащиту или не делать – домовладелец решает сам. Однако сооружение заземления и надежного молниеотвода уменьшает опасность пожара в разы, позволяет защитить проводку, электроприборы и жизни обитателей дома.

Опасность разряда молнии

Облака представляют собой водяной пар или мелкие кристаллы льда. Они постоянно движутся, трутся о теплые струи воздуха и электризуются. Когда разность зарядов между ними достигает критического значения, происходит разряд. Это и есть молния.

Когда между облаком и землей проводимость наименьшая, то молния ударяет в землю, весь накопленный заряд стекает в нее. Затем и нужно заземление, чтобы забрать на себя энергию разряда.

Молния ударяет в самую высокую точку сооружения, проходя минимальное расстояние от облака до объекта. По сути, получается короткое замыкание, протекают гигантские токи, выделяется огромная энергия.

Если молниезащита отсутствует, то вся энергия молнии воспринимается зданием и растекается по токопроводящим конструкциям. Последствия такого удара – пожары, поражения людей, выход из строя электротехники.

Молниезащита забирает на себя энергию разряда и по токопроводу переправляет ее через заземлитель в землю, которая ее полностью поглощает. Поэтому молниеприемники (громоотводы) и прочие элементы молниезащиты выполняются из токопроводящих материалов с высокой проводимостью.

Типы защиты

По месту расположения молниезащита делится на внешнюю и внутреннюю. Внешняя защита по принципу действия подразделяется на пассивную и активную. Устройство молниезащиты пассивного типа включает три обязательных части:

• молниеприемник;
• токоотвод (токовод);
• заземлитель.

В зависимости от строения крыши устанавливаются различные молниеотводы. В активной молниезащите на вершине стрежня или мачты находится ионизатор воздуха, который создает дополнительный заряд и привлекает, таким образом, молнию. Радиус действия такой защиты значительно больше пассивной, бывает достаточно одной мачты для защиты дома и участка.

Внутренняя защита от молний

Особенно нужна молниезащита внутри зданий с большим количеством компьютерного оборудованием. Внутренняя молниезащита представляет собой комплекс устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

При попадании разряда молнии на линии электрической сети в ней возникают огромные кратковременные перенапряжения. Чтобы погасить их параллельно с проводниками фаза и ноль, фаза и земля, ноль и земля устанавливаются УЗИП. Это очень быстродействующие приборы со временем срабатывания от 100 нс до 5 нс.

Схема установки и характеристики УЗИП зависят от того, имеется внешняя молниезащита или нет. Они различаются конструкцией, представляют собой воздушные или газовые разрядники, варисторы, но суть одна.

При возникновении кратковременного перенапряжения шунтируют защищаемую цепь и всю энергию разряда принимают на себя. Но есть приборы и с последовательным соединением. Принцип действия тот же, при возникновении перенапряжений все падение напряжения происходит на устройстве.

УЗИП делятся на три класса. Устройства первого класса устанавливаются в главном распределительном щите. УЗИП снижает напряжение до 4 кВ. Приборы второго класса устанавливают перед вводным автоматом квартирного или домового электрического щита и снижают напряжение до 2,5 кВ.

Устройства третьего класса устанавливают в непосредственной близости от защищаемых приборов (компьютеры, серверы и подобные им устройства). Они обеспечивают снижение до 1,5 кВ. Этого снижения напряжения достаточно для большинства оборудования, особенно если продолжительность перенапряжения краткая. рекомендуется поручить специалистам.

Естественные молниеотводы

Кроме этого имеется естественные молниеотводы. Наши предки вольно или невольно тоже имели хорошую молниезащиту. Традиция высаживать около дома березу спасла не одну жизнь и не один дом. Береза, несмотря на то что она не очень хорошо проводит электрический ток, является замечательным молниеотводом и одновременно обеспечивает заземление.

А все из-за мощной корневой системы, которая расползается почти на поверхности почвы. За счет этого энергия молнии при попадании в дерево растекается по большой площади и благополучно уходит в землю. Сосна и ель в качестве молниезащиты даже лучше, но не сравнятся с березой из-за хрупкости древесины.

Конструкция молниеотводов

В общем случае, молниезащита зданий и сооружений представляет собой комплекс из молниеприемника, токопровода и заземлителя. Молниеприемники применяются в виде стержня, сети и натянутого троса.

Стержневой молниеприемник

Конструкция стержневой системы проста. Штырь молниезащиты соединяется с помощью токоотвода с металлическими штырями в грунте, обеспечивающими заземление.

Стержни (штыри) изготавливают из оцинкованной или омедненной стали высотой от полуметра до 5-7 метров. Диаметр зависит от высоты стержня и климатического района расположения. Омедненный стержень имеет лучшую электрическую проводимость по сравнению с оцинкованной сталью.

В зависимости от конфигурации здания и его кровли на крыше устанавливаются несколько стержней. Они крепятся к коньку, фронтону, вентиляционным колодцам и прочим капитальным конструкциям.

Зона влияния молниезащиты представляет собой конус с вершиной на острие молниеотвода. Стержни располагают таким образом, чтобы зоны их действия перекрывали все здание. Для стержневых молниеприемников правило защитного конуса с 90 градусной вершиной справедливо для стержня высотой до 15 м. Чем выше молниеприемник, тем меньше угол вершины защитного конуса.

Сетевой молниеприемник

Молниеприемная сеть представляет собой оцинкованный или омедненный провод диаметром 8-10 мм, покрывающий в виде сети всю крышу здания. Обычно молниезащиту в виде сетки устанавливают на плоские кровли.

Сеть формируется за счет перпендикулярно расположенных относительно друг друга проводов с определенным шагом. При помощи держателей провода соединяются между собой и крепятся к кровле. Иногда, вместо провода используют стальную полосу.

Провод или полоса обязательно должны быть соединены с заземлением. Для соединения применяют сварку, но можно его делать специальными зажимами. Зажимы для соединения электродов заземления с проводниками часто идут в комплекте, если приобретать все детали в специализированном магазине.

Тросовый молниеприемник

Тросовые молниеприемники представляют собой стальной или алюминиевый трос, натянутый между двумя мачтами. Мачты соединены с токоотводов, а тот в свою очередь с заземлением. Представьте, что трос является коньком двускатной крыши.

Тогда область под этой виртуальной крышей будет находиться под защитой от ударов молний. Таким образом, натянув над крышей дома и прилегающей территорией несколько тросов можно обеспечить надежную молниезащиту.

Токопроводы представляют собой оцинкованные или омедненные стальные провода диаметром 10 мм, часто применяют и стальные полосы сечением 40х4 мм покрытые цинком или медью. Они соединяют молниеприемники с заземлителем.

В комплект молниезащиты входят и держатели молниеприемников и токопроводов. Они выполняются из стальных и пластиковых материалов, имеют многообразные конструкции.

Расположение заземлителей

Заземление молниеотводов, в самом простом случае, представляет собой три трехметровых металлических стержня вбитых в землю на расстоянии 5 метров друг от друга. Между собой заземляющие штыри соединяются стальной полосой расположенной на глубине 50-70 см под землей.

Соединение производится методом сварки, которые затем покрываются антикоррозионным покрытием. В местах расположения штырей на поверхность должны выходить стержни для того, чтобы можно было присоединить токопроводы.

Заземление должно располагаться на расстоянии не менее 1 метра от сооружения и более 5 метров от крыльца, дорожек и других мест постоянного хождения людей. Это необходимо для того, чтобы человек не попал под шаговое напряжение, образующееся при растекании заряда молнии от заземлителя по земле.

Если здание имеет массивный железобетонный фундамент, то заземление молниезащиты рекомендуется располагать подальше от него и монтировать внутреннюю молниезащиту в виде грозоразрядников для защиты аппаратуры. Это необходимо из-за заброса части заряда на фундамент и все элементы, имеющие с ним хороший контакт, в первую очередь корпуса оборудования, инженерные коммуникации.

Требования к сопротивлению

Контур заземления дома должен быть соединен с заземлением молниезащиты через стальные проводники, которые сваривают между собой. Сопротивление заземления должно быть как можно меньше. Нормативное значение составляет 10 Ом для грунтов с удельным сопротивлением до 500 Ом, но при больших его значениях допускается иное сопротивление, которое вычисляется по формуле:

Rз – сопротивление заземлителя, а ρ – удельное сопротивление грунта.

Для достижения нормативного значения иногда заменяется грунт. Выкапывается траншея, закладывается новый грунт с соответствующими характеристиками, и после этого монтируется заземление. Другой вариант заключается в добавлении химических реагентов.

После установки заземления молниезащиты необходимо регулярно замерять его сопротивление. Если оно выходит за пределы нормативного значения, то придется добавить штырь или заменить на новый.

При этом нужно уделять пристальное внимание соединениям между элементами устройства. Использование нержавеющих материалов значительно увеличит срок службы заземлителя.

Молниезащита и заземление - важные элементы частного дома. Ведь защищенность от молний позволяет не только предотвратить утрату имущества, но также сохраняет жизнь и здоровье обитателей жилища.

Природа молний

Облака - это сгусток капелек воды и водяного пара, находящиеся в небе. Большие размеры облаков обуславливают их расположение в различных температурных зонах. Поэтому температуры в разных слоях облаков могут разниться на 20-30 градусов. К примеру, в то время как в нижнем слое облака температура может составлять -10 °С, в верхнем слое она может быть ниже -40 °С. При этом вода и пар превращаются в очень маленькие кусочки льда. Из-за контактов между кристаллами возникает статическое электричество. Поскольку температуры в разных слоях облака различаются, электрические заряды также неодинаковы, и поэтому облако напоминает слоеный пирог.

Накопленная облаками сила тока огромна. Однако электричество раньше или позднее сбрасывается вовне в виде молний, которые, по сути, представляют собой короткие замыкания между проводниками разной полярности.

Молнии сопровождаются грохотом, то есть громом. Раскатистый гром возникает в результате мгновенного проникновения накаленного ствола молнии сквозь массы воздуха.

Существуют три типа молний:

• с направленностью к верхним атмосферным слоям;
• разряжающиеся внутри слоев с разными зарядами - в одном облаке или между облаками-соседями;
• с направленностью к земной поверхности.

Поскольку электричество всегда избирает самый краткий путь, молнии наносят удары по самой высокой части строений и деревьев. Последние являются природными молниеотводами.

Что такое молниеотвод

Молниеотвод - приспособление, через которое электричество отводится к земле, минуя охраняемые объект. Молниеотвод всегда находится выше уровня охраняемого объекта. Молниезащитное устройство является электропроводником и как бы провоцирует молнию ударить именно по нему. Таким образом, короткое замыкание между облаком и земной поверхностью происходит не в неожиданном месте, а именно там, где оно будет нейтрализовано молниезащитой.

Существует два вида молниезащитных устройств:

1. Одиночные молниеотводы.
2. Тросовые молниеотводы, которые представляют из себя несколько тросов, растянутых между отдельными молниеприемниками. Такой способ защиты от молний характерен, прежде всего, для высоковольтных ЛЭП. В быту подобные системы используется для защиты больших территорий, где трос натягивается по периметру участка, либо для охраны протяженных зданий.

Компоненты молниезащиты

Молниезащита включает:

• молниеприемник, который представляет собой тонкий электрод с острой оконечностью (монтируется выше защищаемого строения);
• токоотводящий кабель, по которому ток уводится к заземлению;
• система заземления.

Молниеприемник

Эта часть, как уже говорилось выше, предназначена для приема разряда молнии. Оптимальный материал для изготовления молниеприемника (так же как и заземлителя) - медь.

Обратите внимание! Не допускается покрытие молниеприемника лакокрасочными материалами, потому что в этом случае устройство не сможет выполнять свою функцию.

Чтобы организовать молниезащиту на кровле здания, можно установить с разных сторон крыши и по центру небольшие молниеприемники, длинной от полуметра до метра. После этого их нужно объединить в единую систему и соединить с заземлителем.

Также молниеприемник можно установить на кровле деревянного здания, на печной трубе или рядом стоящим деревом. Устройство помещается на деревянную мачту. Если дом имеет металлическое покрытие кровли, может хватить непосредственного заземления крыши.

Обратите внимание! Чем выше расположен токоприемник, тем больше защищенная территория. Однако это правило действует приблизительно до 15 метровой высоты. На большей высоте эффективность устройства уменьшается.

Токоотвод

Для создания токоотвода понадобится медный или алюминиевый кабель как можно большего сечения. Оптимальным решением станет обычный витой провод из алюминия, применяемый при монтаже воздушных линий электропередачи. Одним концом провод прикрепляется к молниеприемнику с помощью муфт, обжимных труб или клемм, другим концом - к заземлителю. Провод должен располагаться строго по вертикали, дабы использовать минимальное расстояние между заземлителем и молниеприемником. Токоотводящий кабель можно заизолировать или проложить его по специально созданному каналу.

Заземление частного дома

Правильно выполненное заземление - основа эффективной молниезащиты здания. Существует распространенное мнение, что для обустройства заземления достаточно стального прута, соединенного проволокой с молниеприемником и вставленного в грунт. Это суждение неверно и сделанная таким образом молниезащита не защитит от ударов стихии.

Инструкция по устройству сетей заземления и молниезащите предполагает четкое соблюдение ряда рекомендаций. Установка заземлителей осуществляется по тому же принципу, что и контур заземления здания. Лучшие материалы для цели молниезащиты - алюминий, латунь, медь и другие нержавеющие металлы. Однако эти материалы довольно недешевые, поэтому допустимо применять и сталь. Согласно техническим регламентам (СНИП) по эксплуатации электрическими установками и токопроводящими частями, заземлители необходимо ежегодно тестировать на наличие механических повреждений и коррозии. Если диаметр элементов системы сократился более чем наполовину, необходима их обязательная замена.

Также понадобится не один, а несколько металлических прутьев, воткнутых в грунт. При этом, хотя количество прутьев является расчетной величиной, принято считать, что для одноэтажного или двухэтажного дома достаточно 3-4 прутьев. Длина прутьев должна превышать приблизительно на 30 сантиметров глубину максимального промерзания грунта.

Прутья стыкуются электропроводником, обычно проволокой из алюминия, меди, либо луженной стальной пластинкой. Так создается замкнутый контур. Внешне конструкция будет напоминать букву «Ш», вкопанную в грунт.

Обратите внимание! Не допускается связывание прутьев проволоки ручным способом или плоскогубцами. Этого нельзя делать даже в бытовом заземлении, а тем более в молниезащитной системе.

Соединения должны создаваться с помощью сварки, с применением обжимных гильз или жесткому скручиванию, то есть методом холодного сваривания деталей. Подобные соединения отличаются надежностью, они не подвержены люфтам и не ослабевают со временем. Собранная конструкция будет выглядеть приблизительно следующим образом.

Важно! Заземление для молниеотвода необходимо с контуром . Для этого контур молниезащиты соединяется с контуром заземления здания.

Стыкуются контуры стальной полосой. В результате выполненной работы общий контур усиливается, что положительно сказывается на безопасности здания.

Расположение заземлителя

Как токоотвод, так и заземлитель должны располагаться в месте, в которое невозможен доступ детей и домашних животных. Заземлителем может быть любой крупный объект из металла, при этом, чем большая у него площадь касания с поверхностью, тем он эффективнее. Как заземлители могут быть использованы сетка из арматуры, чугунная ванна, стальные детали кровати и т.п.

Вода - отличный проводник электричества. Исходя из этого, заземлитель нужно устанавливать там, где влажная земля. Можно искусственно увлажнять район заземления, например, направив туда сток воды с кровли здания.

Обратите внимание! В домах с водопроводом и централизованной отопительной системой, а также в зданиях, подключенных к подземным электросетям, заземление уже есть в наличии. Поэтому такие объекты не нуждаются в установке дополнительных молниеотводов.

Защитная зона молниеотвода

Чтобы рассчитать защитную зону, можно использовать правило, согласно которому эта зона близка к конусоподобной форме с 45-градусным углом на вершине. Если речь идет об одиночном тросовом молниеотводе, зона защиты похожа на призму с тремя гранями, где ребром выступает трос. Вероятность прямого попадания молнии в таких зонах составляет не более 1%. Таким образом, если молниеприемник находится, например на 10-метровой высоте, защитная зона на земле также будет иметь 10-метровый диаметр.

Существует еще один способ вычисления защитной зоны. Здесь применяется формула R = 1,732 h, где R – диаметр защитной зоны над наивысшей точкой здания, h – высота от высочайшей точки строения до пика молниеотвода.

Вычисление зоны защиты

Таким образом, если высота дома равна 7 метрам, а верхняя оконечность молниеотвода находится на 3 метра сверху высочайшей точки кровли, диаметр защитной зоны составит 5 метров 20 сантиметров. В итоге получается конус с диаметром у основания - 9 метров и 10-метровой высотой.

Приемка молниезащитных систем в эксплуатацию

Устройства защиты от молний для строительных объектов проходят приемку специальной комиссией и сдаются в эксплуатацию владельцу здания до начала установки в помещениях ценного имущества. Состав комиссии по приемке устанавливается заказчиком объекта. Комиссия по приемке состоит из специалистов следующих направлений:

• электрическое хозяйство;
• подрядчик;
• противопожарная инспекция;

Комиссии по приемке предоставляется такая документация:

• утвержденные проекты создания защиты от молний;
• акты на выполнение скрытых работ (установка токоотводов и заземлителей, которые недоступны для визуального контроля);
• акты тестирования молниезащитных устройств от вторичных воздействий молнии и попадания высоких потенциалов через коммуникации из металла (информация по сопротивлению заземления для молниезащиты, результаты мониторинга работ по установке устройств).

Комиссия по приемке проверяет произведенные установочные работы по обустройству молниезащитных систем.

Приемка устройств защиты от молний в новостройках проводится с использованием актов приемки оборудования. Пуск молниезащитных устройств производится после подписания актов-допусков соответствующих надзорных и контролирующих органов государства.

По окончанию приемки выдаются паспорта для систем защиты от молний и паспорта заземлителей, которые находятся у владельца здания или ответственного за электрическое хозяйство.

Природные молниеотводы

Разные деревья по-разному справляются с функцией отвода молний. Наиболее подходящие деревья: береза, ель и сосна. Однако в населенных пунктах для целей молниеотвода более применима береза, а вот хвойные стараются не сажать в непосредственной близости от зданий, поскольку их древесина более хрупкая.

Перечисленные породы деревьев имеют преимущества над некоторыми другими видами благодаря их корневой системе. Наилучшим заземлением обладают деревья с максимально разветвленной корневой системой, находящейся неглубоко в земле. Лучше всего, если корни таких деревьев частично расположены на поверхности грунта и веерообразно расходятся в стороны. При попадании в дерево, электрический заряд моментально достигает корневой системы и уходит в землю.

Важно! Во время грозы следует избегать деревьев, поскольку в этом случае вероятность поражения молнией значительно возрастает.

Создание устройства защиты от молний не отличается высокой сложностью, но требует базового понимания физических законов и соблюдения технических регламентов. Если же нет уверенности в собственных силах, лучше обратиться за помощью к специалистам.