Назначение и устройство внутренней и внешней молниезащиты дома

Система внутренней молниезащиты состоит из двух основных частей:

— шины выравнивания потенциалов, которая объединяет все протяженные металлоконструкции дома, и
— ограничителей перенапряжений (УЗИПы), которые нейтрализуют импульсы перенапряжения, попадающие внутрь объекта по линиям электропередач или системам коммуникаций. Таким образом, все электроприборы в здании и вся электропроводка становятся защищенными от опасных импульсных перенапряжений.

УЗИПы (внутренняя молниезащита) оберегают электрические приборы, агрегаты и СКС объекта от губительных последствий ударов молнии. При чем, как прямых, так и удаленных. Существенное воздействие перенаряжения на электрокомпоненты возникает даже при ударах молнии произошедших в пределах 2-х километров!

Статистика многих лет показывает, что из-за импульсных перенапряжений выходит из строя большое число незащищенных электроприборов и оборудования, и число таких поломок почти удваивается примерно каждые 4 года, в связи с бурно растущим парком электроники и электротехники, особенно микропроцессорной. Некоторые «пользователи» молниезащиты ошибочно полагают, что система заземления (иногда обыватели называют её контур заземления или устройство заземления) спасет их электрику в доме от всех «грозовых бед». Но это не так. Внутренняя молниезащита – это столь же значимая часть, как и внешняя. Без нее не будет спокойствия в безопасности. Возместить стоимость утраченного оборудования порою можно за счет страховых компаний, но стоимость утерянной информации, простоя работы, сил и времени уже не возместит никто. Отчасти риск утраты электроники при импульсных перенапряжениях заключается в самом техническом прогрессе! Прогресс в электротехнике привел к тому, что во многих приборах микросхемы (микропроцесоры) стали физически располагаться на плате ближе к другим деталям и компонентам прибора и, соответственно, пропорционально уменьшились и расстояния электрического пробоя. Даже если импульс перенапряжения с амплитудой всего 500 Вольт дойдет до микросхемы впятеро уменьшенным, это приведет к гибели микросхемы, питающейся напряжением 5 Вольт.

Импульсные перенапряжения обычно проникают извне, даже если установлена система заземления. Дело все в том, что контур заземления (устройство заземления) служит для других целей и не может защитить электрику в доме (на объекте) в случаях, когда в силовых и сигнальных кабелях, расположенных близко от точки удара молнии, наводятся те самые высоковольтные перенапряжения, которые и проникают в электронику и электрооборудование, приводя приборы и технику к повреждениям и отказам.

Устройства защиты электроустановок — автоматические предохранители, УЗО имеют слишком высокое для данной проблемы значение времени размыкания цепи и никак не сбросят импульс на заземление. Ведь скорость нарастания импульса перенапряжения в тысячи раз выше скорости отключения автоматических предохранителей или же времени срабатывания любого УЗО! Увы, обычно такие устройства срабатывают слишком поздно — тогда, когда защищаемая ими цепь уже сгорела, реагируя на остаточное напряжение в цепи. А говорить про какие-либо устройства защиты для слаботочных систем и вовсе бессмысленно – они просто отсутствуют.

Чтобы решить проблему защиты оборудования от импульсных перенапряжений, МЭК (Международная Электротехническая Комиссия) утвердила стандарты, которые предусматривают соответствующие концепции защиты. Эти стандарты МЭК и легли в основу отечественных ГОСТов, и рекомендованы к выполнению в следующих источниках:

Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ) – 7-ое издание;
Руководящий документ по молниезащите зданий и сооружений — РД 34.21.122-87;
Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций — СО — 153.34.21.122-2003.

Согласно зонной концепции, к внутренней грозозащите относят следующие зоны:

ГЗЗ 1: Ввод кабелей и коммуникаций в здание.
ГЗЗ 2: Поэтажные и распределительные шкафы.
ГЗЗ 3: Розеточные группы и непосредственно само оборудование.

Защитные устройства (т.н. ОПН — ограничители перенапряжений) устанавливают на границах зон грозозащиты: между ГЗЗ 0 и ГЗЗ 1, между ГЗЗ 1 и ГЗЗ 2, и, соответственно, между ГЗЗ 2 и ГЗЗ 3. Согласно вышеуказанной схеме ОПН разделяют на различные категории. Первый уровень защиты, как можно увидеть из статистики, никогда не бывает достаточным и полностью эффективным. В дополнение к установленному ограничителю перенапряжения на силовом вводе объекта, а также учитывая частые ошибки в разводке кабелей (а они почти всегда бывают), необходимо установить защитные устройства на 2-ом и 3-ем уровнях. Данные ОПН понижают уровень импульса перенапряжения до безопасного значения и смогут защитить электротехническое оборудование даже при частых импульсах перенапряжения.

Правильность работы ОПН зависит от качества выполнения работ по выравниванию и уравниванию потенциалов объекта, и от качества исполнения заземляющего устройства.

Примеры

Дача (коттедж) с четырехпроводной системой электропитания (TN-C). Обычно, ввод питающих и информационных кабелей осуществляется линией «по воздуху» с ближайшего столба. При прямом попадании молнии в ЛЭП, на вводное-распределительное устройство дома придет разряд с силой тока до 100 кА, способный сжечь даже ТЭН подключенной электроплиты. Для нейтрализации такого импульса на вводе надо поставить мощный ОПН с газонаполненным разрядником и варистором, который снизит напряжение до 4 кV.

В случае, если есть 2, 3-ий этажи: в поэтажных распределительных щитах или же сразу после первого ОПН, необходимо установить ОПН II класса, понижающий напряжение импульса уже до 2,5 kV который возникает в проводах между распределительными щитами при длине кабеля более 15 метров.

Часто, чтобы защитить электроприборы, достаточно установить ОПН II класса на расстоянии не более 15-ти метров от оборудования. Но для таких дорогих и чувствительных устройств, как оргтехника, компьютеры, плазменные и ЖК-панели, блоки управления систем «Умный Дом» и прочие, рекомендуется установить ОПН III класса, которые позволят понизить остаточное напряжение импульса до 1,5 kV.

В качестве ОПН I класса для защиты питающей сети, мы рекомендуем устанавливать ограничитель перенапряжения Dehn Ventil TNC, обеспечивающий уровень остаточного напряжения помехи в 1,5 kV (если у Вас, к примеру, сервер или плазменная панель подключены непосредственно во вводной щит, то никакие дополнительные ОПН больше не понадобятся).

В роли ОПН II класса для защиты сети электропитания, рекомендуем установить ОПН серии Dehn Guard, который обеспечивает уровень остаточного напряжения в 1,5 kV.

В качестве ОПН III класса для защиты конечных потребителей, мы рекомендуем установить ОПН серии Dehn SF-Protector, который обеспечит уровень остаточного напряжения помехи в 1,5 kV.

В роли ОПН I класса для защиты информационной (телефонной) линии на вводе, рекомендуем установить ОПН Dehn Blitzductor, который обеспечит величину остаточного напряжения помехи на уровне в 0,017 kV.

Резюме: внутренняя система молниезащиты поможет предохранить от:

— воздействия электромагнитных волн и импульсов перенапряжения;
— поломки телевизоров, музыкальных центров, компьютеров и бытовой техники;
— повреждения тонких электронных систем охраны и пожарной сигнализации.

Системы внутренней грозозащиты существуют уже довольно давно, но стали особенно актуальны в последние годы в связи с ростом парка микроэлектроники. Для надежной внутренней грозозащиты основным условием является наличие эффективной системы заземления. Уравнивание потенциалов предусматривает соединение всех подлежащих заземлению проводников и металлоконструкций между собой и заземлением.

Если ваш дом насыщен различной электроникой, то внутренней молниезащиты необходимо уделить особое внимание. Для рядового домовладельца эта область электротехники весьма непроста, самостоятельно разобраться в особенностях различных устройств (а именно — в ограничителях перенапряжений и разрядниках) сложно, поэтому такие работы следует доверять только квалифицированным специалистам.

Внешняя система молниезащиты

Внешняя система молниезащиты призвана принять на себя прямое попадание молнии в здание и отвести небесный разряд в землю. При этом все должно пройти без ущерба для имущества и безопасно для домочадцев, находящихся в этот момент и внутри, и снаружи здания. Такая система защиты имеет следующие составляющие — молниеприемник, токоотвод и заземлитель.

Молниеприемник. Является приманкой для молний, которая должна притягивать, выдерживать и передавать разряд в токоотвод. Молниеприемники бывают разной конструкции. Он может представлять собой металлический трос, подвешенный вдоль конька крыши на высоту от 0,25 м, такой крепится в том случае, если высота конька и всего строения одинакова. Молниеприемник может быть выполнен в виде сетки, которая формируется под каждый конкретный объект в зависимости от угла наклона кровли, ее покрытия, наличия дополнительных элементов и т. п. Нередко в практике грозовой защиты дома применяются молниеприемники-мачты, сделанные из твердых пород древесины. Они должны быть длиной от трех до шести метров, лучше, если такая игла выше конька дома на два-три метра. Для максимального эффекта притягивания разряда к такой мачте в самом ее верху присоединяют металлический стержень — уголок, проволоку (диаметром 5-8 мм) или тонкую трубу диаметром от 10 до 15 мм. Все вышеописанные молниеприемники относят к пассивной защите. В последнее время все чаще и чаще стали использоваться активные устройства. Они не просто принимают на себя разряд, но и отводят его от объекта, который они защищают. Такие молниеприемники сами выпускают опережающий заряд в сторону молнии и тем самым ловят ее удар, отводя его в землю. Активный «ловец молний» отличается большей надежностью, чем пассивные, более широким радиусом защиты и эстетичностью, какой не может похвастаться, например, сетка.

Токоотвод. Соединяет молниеприемник с заземлителем. Токоотвод скрепляется с молниеприемником сваркой, пайкой, клепами или болтами, место такого стыка изолируют. Для соединения с заземлителем используют только сварку или пайку твердым припоем. Эксперты рекомендуют использовать токоотводы из оцинкованной круглой стальной проволоки, диаметр которой должен быть не менее 5-6 мм, угловой или полосовой стали или труб площадью сечения 48 кв. мм (для внешней проводки) и не менее 24 кв. мм (внутренней проводки), хорошим вариантом будет медный провод (минимум 35 кв. мм). Токоотвод должен уходить от молниеприемника к заземлителю наикратчайшем путем по вертикальным и прямым линиям, при этом токоотводные пути располагают как можно ближе к углам объекта и максимально далеко от дверей и окон.

Неизолированные токоотводы могут быть закреплены на поверхности стены или проходить непосредственно в ней. Если стена выполнена из горючего материала и не выдержит накала токоотвода, то его отодвигают от поверхности минимум на 0,1 м. При этом он может крепиться на металлических скобах, соприкасаемых со стеной.

Заземлитель. Отводит разряд молнии в землю. Заземлители могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные применяются на тех участках, где низкий уровень грунтовых вод и сухой грунт. В этом случае заземлители представляют собой двух-трехметровые металлические стержни, которые вводят в землю с промежутком в три метра друг от друга, при этом на глубине около 0,5 м они скрепляются перемычкой, к которой по центру прикреплен токоотвод. Горизонтальные заземлители необходимы тогда, когда слишком высок уровень грунтовых вод (менее 1,5 м) или почва, на которой расположен защищаемый объект, слишком влажная. Это длинные, от 3 до 5 м металлические профили, которые укладывают на глубину не менее 80 см. В качестве стержней могут использоваться стальная арматурная проволока (15-20 мм диаметром), полосовая сталь (сечением не менее 160 кв. мм) или уголки с шириной граней 40-50 мм.

Эффективность всей молниезащиты определяется именно тем, насколько грамотно выполнено заземление, любые ошибки на этом этапе могут привести к самым трагическим последствиям. Заземлители должны обладать малым удельным сопротивлением, которое зависит от многих факторов — от степени влажности почвы, ее типа и состава, температуры и др. Например, в скальных грунтах, которые обладают высоким удельным сопротивлением, обязательно в заземлении применяется система выравнивания потенциалов. Фактор удельного сопротивления играет важную роль в определении допустимого расстояния между молниеотводом и домом, которое не будет подвержено так называемому шаговому напряжению. Чтобы обладать уверенностью, следует провести измерения. Так, максимальная сила тока в молниеотводе может составлять 200 000 А, при этом сопротивление заземления должно быть не больше 10 Ом. Получается, напряжение, которое появляется в молниеотводе, может быть больше, чем напряжение пробоя — замыкания. Если заземление выполнено неграмотно или молниезащита находится на небезопасном расстоянии с домом, то есть большая вероятность, что возникнет пробой — ток замкнется с внутренними сетями дома.

Крыша в системе молниезащиты

Система внешней молниезащиты проектируется под каждый конкретный объект в зависимости от его габаритов, грозовой активности места, показателей грунта и т. д., немаловажное значение также имеет конструкция крыши и вид кровли. Рассмотрим несколько вариантов молниеотводов на разных типах крыш.

Некоторые ошибочно полагают, что для крыши с металлической кровлей не нужна система молниеотвода. В этом случае металлочерепица сама выступает в роли молниеприемника, поэтому примыкание ее к токоотводам, которое следует сделать на двух противоположных углах здания, и заземление просто необходимо. При этом для крыши из такого материала, конструкция которой предполагает выступы, возвышения или дымовую трубу, лучше соорудить молниеприемники, выступающие над верхними точками на 0,2 м. Если в качестве молниеприемника использовать саму металлочерепицу, то покрытие должно быть создано с учетом ряда требований: листы должны быть надежно состыкованы, толщина их должна быть не менее 4 мм, такую редко кто использует для кровли, однако тонкие листы сильная молния может просто-напросто прожечь. При этом все металлические детали крыши должны иметь с поверхностью надежное крепление, например, воронки водосточных труб присоединяют с помощью проволоки. Дымовую трубу лучше накрыть металлическим колпаком и присоединить его к кровле.

На домах, крыши которых покрыты непроводящим ток материалом, можно использовать и молниеприемники-стержни, и натянутые по коньку тросы, и сеть.

Так, для крыши из шифера можно натянуть вдоль конька молниеприемный провод и закрепить его при помощи двух деревянных подпорок. Крышу из черепицы можно оборудовать защитной сеткой, для которой потребуется проволока диаметром около 6 мм. Все стыки такой сетки спаиваются, токоотводник крепится непосредственно к ней и уходит к заземлителю. Натяжные горизонтальные молниеотводы или сетки можно устанавливать на крышах конькового типа, но последние выполняют с учетом ряда требований. Первое — на крышах, угол ската которых более 300°, один провод сетки должен быть протянут вдоль конька. Второе — все металлические элементы крыши (трубы, антенные мачты, стойки, вытяжки, ограждения, рамы и т. д.) должны иметь непосредственное соединение с токоотводом. Кстати, число токоотводов можно легко рассчитать, разделив периметр крыши, покрытой сеткой-молниеприемником, на размер боковой стороны сетки. Для плоских крыш тоже подойдет молниеприемник в виде сетки.

Внутренняя молниезащита

Вторичное проявление удара молнии — появление электростатической индукции, разряд от молнии может перенестись на рядом расположенные незаземленные предметы. Если молния бьет в объект или вблизи от него, то в дом через токопроводящие сети может попасть до 50 % от ее заряда. Это происходит в считаные секунды, а особая опасность заключается в том, что оно совершенно никак в этот момент себя не проявляет — нет ни звука, ни вспышки. От такой мощной силы может нарушаться целостность проводки, и чувствительное электрооборудование тоже не способно противостоять такому импульсу.

Существуют технические нормы, которые предписывают использование специальных средств для внутренней молниезащиты — это разрядники (как первый порог защиты) и ограничители напряжений (второй порог). Последние могут быть различных степеней защиты — А, В, С и D. Самостоятельно разобраться в системе внутренней антигрозовой защиты дома невозможно, тем более что нормативные документы в этой сферы содержат в основном устаревшие требования, а современные — рассматривают лишь частично. Но при этом система внутренней защиты — дело кропотливое, требующее проведения грамотных расчетов и учета разнообразных факторов. Одна ошибка может свести на нет всю работу. Поэтому в этом вопросе лучше всего обратиться к специалистам, которые разработают и смонтируют комплексную и эффективную систему защиты от грозы, подходящую именно вашему дому. Причем сделать это лучше тогда, когда объект только проектируется. Это позволит удачным образом вписать систему внешней молниезащиты в общую архитектуру здания, а также отразить наличие этой системы в технической документации.

Кстати

Регулярно следите за тем, чтобы молниеотвод не покрылся коррозией и окалиной, соединения и крепления были надежно зафиксированы. Каждые пять лет нужно вскрывать заземление и осматривать состояние электродов, в случае сильного поражения — менять. В случае с вертикальными заземлителями рационально не убирать испортившиеся стержни, а вбить рядом новый, присоединив его к общему токоотводу.

Кстати

Заземлители следует укладывать на расстоянии не менее пяти метров от проходов, дорожек, крыльца и площадок. Именно такое расстояние — минимум, защищающий от шагового напряжения.

Кстати

Большие деревья — такие, которые выше крыши и антенны примерно в 2-2,5 раза и находятся от объекта на расстоянии 3-10 метров, могут служить в системе внешней молниезащиты. По стволу дерева протягивается токоотвод, который у его основания заземляется. Молниеприемник-стержень закрепляется таким образом, чтобы крона деревьев была ниже его на 0,5 м.

Кстати

Некоторые конструктивные элементы зданий могут выполнять роль естественных токоотводов.

Металлические конструкции (если между ними есть долговечная электрическая непрерывность и такие элементы не имеют меньше разрешенных для токоотводов размеров).

Металлический каркас здания.

Арматура здания, скрепленная между собой (50 % креплений должны быть сварными или жесткими — с помощью болтов и проволоки, арматура должна быть соединена с арматурой готовых бетонных блоков).

Части фасада, профилированные элементы и опорные металлические конструкции фасада (если они соответствуют заданным размерам, а их толщина не менее 0,5 мм).

Кстати

В качестве материала для молниеприемников можно использовать следующие (с указанием минимальных размеров): оцинкованная сталь (50 кв. мм), алюминий (70 кв. мм), медь (35 кв. мм).

Народный способ заземления:
Можно закопать чугунную батарею на глубину 3-5 метров к которой прикрутить заземляющую шину в виде полосы толщиной 4 мм и шириной 30-40 мм. или прорыть траншею по периметру здания на глубину промерзания, положить туда арматуру 14 мм и засыпать её алюминевыми банками, которых до хрена валяется на улицах ,а потом засыпать всё это землёй, этот вариант самый трудоёмкий но эффективный!