монтаж громоотвода в частном доме с металлической крышей

Как установить молниезащиту в частном доме

И почему без нее нельзя

Чтобы избежать пожара или поломки бытовой техники из-за удара молнии, в частном доме делают молниезащиту.

В статье расскажу, как правильно ее установить и что дешевле: сделать молниезащиту своими руками или купить готовую в магазине.

Зачем частному дому молниезащита

Поражающие факторы молнии и их последствия. Разряд молнии переносит токи силой до 200 кА. Это очень много: такую силу тока дают, например, 57 000 одновременно включенных электрических обогревателей. Температура молнии достигает +3000 °C, поэтому если она попадет в дом, особенно в деревянный, может случиться пожар.

Кто в группе риска. В первую очередь — дома в зонах с частыми грозами.

Вероятность попадания молнии рассчитывается по формуле:

N = ((А + 6Н) × (В + 6Н) − 7,7 − Н²) × n × 10⁻⁶

А — длина здания, м,
В — ширина здания, м,
Н — высота здания, м,
n — среднегодовое число ударов молнии в 1 км² поверхности там, где стоит дом.

Как посчитать плотность ударов молнии

Что такое молниезащита

Молниезащита — это система, которая защищает здание от молнии. Молниезащита, громозащита и грозозащита — это одно и то же. Все термины верны, но специалисты чаще оперируют словом молниезащита.

Виды молниезащиты дома. Молниезащита бывает внешней и внутренней.

Внешняя — это громоотвод, который напрямую контактирует с разрядом молнии. Его также называет молниеотводом — это тоже правильно. Громоотвод защищает от удара молнии здание и людей в нем.

Внутренняя молниезащита обеспечивает безопасность электропроводки. Компоненты внутренней системы — это, например, устройство защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП.

Внешняя молниезащита

Защитная зона. Перед покупкой или изготовлением молниеотвода выполняют расчет его защитной зоны. Устройство должно быть расположено так, чтобы молния гарантированно попала в него, а не в дом.

Точно зона защиты определяется по сложной математической формуле. Но, например, для штыревого молниеотвода — это устройство в виде металлического штыря на крыше — пользуются простым правилом: при угле в 45° радиус защиты будет равен высоте установки устройства. То есть если громоотвод стоит на высоте 10 м, зона защиты будет равна 10 м от оси штыря. Угол определяют визуально.

Из чего состоит громоотвод

Громоотвод состоит из трех основных частей: молниеприемник, токоотвод и заземлитель.

Молниеприемник бывает трех типов: штыревой, тросовый и сеточный.

Штыревой молниеприемник — это самый простой вид, штырь из металла длиной от 0,5 м. Он подходит для обычных загородных домов с размерами до 10 × 10 м и высотой до двух этажей.

Если дом больше или выше, потребуется длинный штырь, установленный на большой высоте. Нужно придумывать особое крепление на крышу или строить рядом с домом специальную мачту.

Тросовый молниеприемник — это натянутый на крыше стальной трос. Такой молниеприемник крепится на конек — верхнее ребро крыши.

Тросовый молниеприемник дает большую зону защиты, чем штыревой, но чуть сложнее в монтаже. Его не рекомендуют использовать на крышах с металлическим покрытием. Он подходит для «мягкой» кровли, например из ондулина или гибкой черепицы.

Сеточный молниеприемник — это сетка из металлического прутка, которая покрывает всю поверхность кровли. Размер ячеек может быть от 5 × 5 м до 20 × 20 м. Чем чаще бьют молнии, тем меньше должен быть шаг сетки.

Такой молниеприемник используют на больших по площади крышах и там, где грозы бывают очень часто. Это наиболее надежная, но и самая дорогостоящая конструкция. Готовые сеточные молниеприемники под определенную площадь крыши сложно найти в свободной продаже. Сеточную конструкцию придется собирать самому из прутка и кронштейнов или доверить монтаж подрядчику.

Для штыревого молниеотвода достаточно одного токоотвода. Тросовая молниезащита подразумевает два, а сетчатая — как минимум четыре, по количеству углов дома.

Токоотвод. Если бы молния не переносила огромный заряд энергии, ее бы отводили в землю с помощью обычного электрического кабеля — такого же, какой подходит к розеткам. Но сила молнии сожжет такой кабель, поэтому в качестве токоотвода применяют толстые металлические прутки. Они бывают из арматуры, оцинкованной или нержавеющей стали, меди, алюминия.

Р за метр» loading=»lazy» data-bordered=»true»>

Заземлитель рассеивает ток, который прошел через молниеприемник и токоотвод. Контур заземления — это вкопанные в землю металлические штыри, соединенные между собой.

Инструкция по организации молниезащиты требует, чтобы было не меньше трех штырей, поэтому обычно контур заземления — это треугольник. Одна из его вершин соединяется прутком или металлической полосой с токоотводом.

Заземлитель рекомендуют закапывать подальше от крыльца и садовых дорожек, чтобы избежать удара током во время грозы. Еще его лучше сделать в месте с влажной почвой: влага обеспечит лучший контакт конструкции с землей, когда пойдет ток.

Пассивные и активные громоотводы

Пассивные громоотводы — это устройства, в которые молния попадает сама, как бы ориентируясь на их высоту. Активный громоотвод «захватывает» молнию. Он генерирует ответный стример — нить электрического разряда высокого напряжения. Происходит пробой, и молния попадает в активный молниеприемник, а затем заземляется.

Российские нормативы не регламентируют использование активных молниеотводов. А испытания в Московском энергетическом институте им. Кржижановского показали, что активные молниеотводы бесполезны. Они давали напряжение встречного стримера только в 20 000 вольт. По мнению ученых, для воздействия на молнию нужно не менее 400 000 вольт.

Производители говорят, что зона защиты активного молниеотвода в пять-шесть раз больше пассивных штырей. Ведущий российский ученый в области физики газового разряда Эдуард Базелян утверждает, что нет никаких доказательств этого. Базелян считает, что расчет зоны защиты активного молниеотвода следует выполнять, как для пассивного.

От чего зависит стоимость молниезащиты

Цена будет отличаться в зависимости от материала, из которого сделана вся система. Это может быть алюминий, медь, различные виды стали. Наиболее надежной считается нержавеющая сталь: она не подвержена коррозии и не плавится при ударах молнии.

Выбор готовой молниезащиты

При выборе готовой молниезащиты самое важное — расчет пространственной геометрии. Если молниезащиту ставит подрядчик, он должен обосновать цифрами, как и где будет стоять мачта, какой она будет высоты, и почему. Еще предоставить расчет зоны защиты.

Если оборудование покупают и монтируют самостоятельно, то смотрят на сечение проводников, через которые пойдет молния. Это приемник, отвод и заземлитель. Минимальное сечение — 8 мм. Чем толще, тем лучше: меньше риск, что детали громоотвода сгорят или расплавятся при ударе молнии.

Монтаж готовой молниезащиты

С готовой молниезащитой обычно идут заводские крепления.

Монтаж приемника молний. Молниеприемники устанавливают на кровле на кронштейны. Если монтируют тросовый молниеприемник, то на краю конька делают выпуски на 30—50 см. Выпущенный пруток должен выступать за плоскость дома под углом около 45° к горизонту. Эту схему еще называют «куриная лапа».

Монтаж токоотводов. Токоотводы ведут по внешней части водосточных труб или прямо по фасаду при помощи держателей. При монтаже прутка токоотвода не делают острых углов: в них может заискрить.

За полметра до земли делают переход с прутка на металлическую полосу. Для этого в комплектах идет специальный держатель.

Монтаж заземлителя. На 1,5—3 м в землю вкапывается контур заземления. К нему присоединяется второй конец полосы.

Главное — соблюдать непрерывность линии до заземлителя, то есть элементы должны быть надежно соединены, чтобы электричество нигде не остановилось.

Самостоятельное изготовление молниезащиты

Штыревой громоотвод несложно собрать самому. В качестве стержня подойдет, например, арматура или стальной пруток. Его сечение должно быть не меньше 8 мм, длина — от 0,5 до 2 м.

Минимальные диаметры компонентов громоотвода, чтобы он не сгорел

Все компоненты громоотвода в идеале делают из одного и того же материала.

Стержень устанавливают в самой высокой точке, чтобы он выступал над всеми постройками. Обычно это край конька крыши. Если рядом есть дерево, которое значительно выше дома, штырь допустимо закрепить на нем. В этом случае оставляют запас материалов для токоотвода: дерево может вырасти и потребуется переносить штырь еще выше.

При монтаже стержня уделяют особое внимание надежности крепления: ветер не должен уронить стержень.

Если молниеприемник в виде троса, то монтаж почти не отличается. Главное — оставлять зазор не менее 10 см от кровли до троса. Особенно это важно, если кровля металлическая.

Токоотвод крепят к молниеприемнику болтовым соединением.

Токоотводящие прутки монтируют на специальные изолирующие держатели — их проще купить.

Нельзя использовать в качестве креплений деревянные бруски: при ударе молнии они могут загореться.

Заземлитель закапывают в грунт на 1,5—3 м глубины подальше от пешеходных дорожек и крыльца. Норматив — не менее метра от стены дома и не менее 5 м от дорожек. Металлические штыри забивают в грунт, затем соединяют их между собой арматурой, трубой, лентой — по сути, чем угодно. Соединения выполняются только сваркой. Затем тянут металлическую ленту к токоотводу и соединяют его с контуром заземления.

Контур заземления желательно делать во влажном грунте: в низине участка, рядом с водоотводной канавой, прудом или полем фильтрации септика. Это даст лучший контакт стержней с землей.

Сколько стоит самодельный громоотвод для двухэтажного частного дома

Как делать нельзя

Бывает, что громоотвод собран с ошибками. В лучшем случае при ударе молнии он сгорит один, в худшем — вместе с домом. Вот возможные ошибки.

Торчащие из стен конструкции не попали в зону защиты. Любые металлические конструкции на фасаде также должны попадать в зону защиты громоотвода. Если из этой зоны выходит антенна телевизора или стальная труба вентиляции, то молния вместо громоотвода может попасть в них. Разряд придется прямо на дом.

Некачественный молниеотвод. Если молниеотвод сделан из слишком тонкого прутка, при ударе молнии он сгорит. То же самое касается токопровода.

Не выдержаны зазоры при монтаже. Молниеприемник и токопровод не должны касаться металлических элементов кровли или фасада. Рекомендуется зазор не менее 10 см. Это не касается того редкого случая, когда функцию молниеприемника выполняет сама металлическая кровля. Если, например, трос молниеприемника провис и касается металлического конька, от громоотвода будет больше вреда, чем пользы: молния замкнется прямо на кровлю.

Плохой контур заземления. Если заземлитель сделан в сухом месте, на песчаной почве, из ржавой арматуры, то молния найдет более простой путь уйти в землю. Не исключено, что этот путь будет пролегать через дом.

Внутренняя молниезащита — УЗИП

Бывает, что молния бьет не в дом, а в стоящую рядом опору с электрическими проводами. По проводам импульс придет в щиток.

При ударе молнии в сети возникает импульсное перенапряжение — кратковременный скачок напряжения до экстремального уровня. Он также может возникнуть, если молния ударит в землю рядом с домом или в дом соседа. В этом случае возникнет электромагнитное поле — оно спровоцирует импульс даже без прямого контакта с проводкой.

Чтобы обезопасить проводку и щиток, ставят УЗИП. Внутри него находится варистор — резистор, который меняет сопротивление в зависимости от напряжения. При ударе молнии варистор мгновенно снижает сопротивление и через себя уводит импульс на контур заземления.

Предусмотрена возможность спасения щитка и проводки ценой жизни варистора: если возникнет сверхмощный импульс, варистор сгорит. На панели УЗИП появится красный индикатор. В таком случае из УЗИП достается блок с варистором, он меняется на новый.

УЗИП устанавливается на вводе проводки в дом. Потребуется обесточить не только сам дом, но и линию от электрической опоры до щитка. Для таких работ лучше вызвать электрика.

Источник

Молниезащита частного дома

В этой статье Вы узнаете:

Атмосферное электричество обладает огромным потенциалом, в тысячи раз превосходящим мощности установок, созданных человеком. В грозовом облаке может создаваться разность потенциалов до 10 миллионов киловольт, ток при разряде достигает 200 000 ампер, уберечься от такой силы, несущей масштабные разрушения, без специальных защитных систем не представляется возможным.

Опасность молнии для частных домов

Насыщенность домов электроникой, электробытовой техникой и средствами приема эфирных передающих каналов резко увеличила вероятность воздействия молнии, что объясняется физическими особенностями электростатических сил. Грозовой разряд, попадая в незащищенное строение, не только повреждает электрические сети и аппараты, страшнее вероятность возникновения пожаров, причиной которых молнии становятся в каждом пятом случае. Защита от поражения молнией частных домов целиком находится в руках владельцев, что не может быть причиной отказа от устройства молниезащиты, учитывая те страшные последствия, которые настигают не защищенные дома.

Виды защит от молний

В настоящее время детально разработаны и применяются два вида защит от воздействия грозовых разрядов: это внешняя и внутренняя защита.

Внешняя молниезащита

Представляет собой общеизвестный громоотвод в виде металлического стержня, возвышающегося над крышей дома. Состоит такая защита из трех основных элементов.

1. Молниеприемник – металлический стержень, который может быть стальным, медным или алюминиевым.

2. Токоотвод, в качестве которого применяется металлический проводник, соединяющий молниеприемник с заземлением.

3. Заземление, состоящее из заглубленных в землю стальных заземлителей, соединенных в единый контур при помощи металлических шин.

По сути для всех трех элементов применяется проводник разного сечения, минимальные значения которое выбирают в соответствии с используемым материалом по следующей таблице:

В зависимости от вида кровли и конфигурации крыши, кроме стержневого приемника могут применяться натянутый над защищаемым объектом стальной трос или специальная сетка (см. рисунки далее), либо вообще может быть комбинация этих элементов.

Все чаще применяются системы внешней защиты, используемые активный способ поиска и отвода грозовых разрядов на ранних стадиях их развития (об этом читаем немного ниже).

Внутренняя молниезащита

Токи, возникающие в результате проявления молнии, протекают по резисторным и индуктивным связям, вызывая перенапряжения, которые способны оплавить микросхемы и вывести со строя электрооборудование. Для защиты от подобных последствий используются УЗИП – устройства защиты внутренних сетей от импульсного перенапряжения. Величина импульсного перенапряжения зависит от места удара молнии, в связи с чем, различают перенапряжения I типа (наводится от прямого удара молнии) и II типа (от непрямого удара). Перенапряжения I типа особо опасны, поскольку в 10÷20 раз превышают величину перенапряжений II типа.

Стандартный состав системы молниезащиты

Для защиты частного дома от поражающего влияния молний применяется стандартный набор средств:

Из приведенного перечня наибольшими различиями обладают методы внешней защиты, которые могут быть активными и пассивными, а при пассивной защите имеют существенные отличия в зависимости от конфигурации крыши и вида кровельного покрытия.

Активная молниезащита

В последние годы набирает популярность активная защита от молний. Ее шпиль имеет специальную головку – ионизатор, который генерирует встречный поток электронов. В результате молния притягивается, после чего полученный разряд отводится через токоотвод в землю, где гасится. Активная защита отличается большим радиусом защищаемой зоны, который превышает в 8 раз радиус защиты пассивного молниеотвода одинаковой высоты.

Характеристики активной защиты обеспечивают значительное снижение расходных материалов для крыш со сложной конфигурацией, а также времени на монтаж оборудования. Эстетично выглядит внешний вид мачты с ионизатором, отпадает необходимость в заземлении отдельных металлических конструкций, расположенных под колпаком защитной зоны.

Из недостатков активного метода можно отметить малый срок его применения, что не дает возможности говорить о многолетнем положительном опыте. Более того, в последнее время фиксируется все больше случаев ударов молний в объекты с активными молниеприемниками и компаниям-производителям предъявляются иски в связи с этим.

Устройство внешней защиты частного дома от молний

При устройстве молниезащиты частных домов должны использоваться принципы и конструкции защиты, изложенные в специальной литературе («Инструкция по устройству молниезащиты…» СО 153-34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87).

Категория частных сооружений по степени защиты

Тяжесть разрушающего воздействия молний зависит от наличия на поражаемом объекте газов, пыли, паров, или их смесей, способных взрываться при попадании электрической искры. Важными факторами классификации зданий по классам (или категориям молниезащиты) являются: ожидаемое расчетное количество ударов молнии в объект, его ценность, угрозу для жизни людей и горужающей среды. Поэтому частные жилые дома, коттеджи и садовые домики приянто относить к III группе строений, в которых отсутствуют такие опасности.

В зависимости от степени надежности приняты 4-е класса молниезащиты:

Проблемы коррозии

Металлические элементы внешней защиты постоянно находятся под воздействием погодных условий, которые являются причиной коррозии. Замедлить разрушение металла и обеспечить долголетний срок эксплуатации конструктивных элементов защиты можно используя такие способы:

Подробнее о компонентах и материалах для молниезащиты и заземления домов, ососбенностях их использования можно почиать в нашем большом обзорном материале на этой странице.

На скорость развития коррозии влияет несовместимость некоторых металлов. Так, медь очень плохо контактирует с оцинкованной сталью и алюминием, поэтому нужно избегать подобных контактов. Для соединения несовместимых материалов применяются специальные зажимы, в которых концы изготовлены из разных металлов.

Наименьшее допустимое расстояние

Токи, наводимые в металлических проводниках грозовыми разрядами, могут вызывать появление искрового разряда. Расстояние между токоотводами и металлическими элементами должно быть таким, чтобы предотвратить искрообразование, это наименьшее допустимое расстояние, обозначаемое буквой S.

Кроме этого также существуют требования по соблюдению расстонию между крепежными элементами системы молниезащиты, расположению токоотводов относительно оконных проемов, дверей и прочих конструктивов строения. Более подробно познакомиться с информацией можно здесь в материале о том, как правильно прокладывать токоотводы.

Если металлические конструкции заборы, элементы фасада, трубы располагаются ближе 1,0 метра от токоотводов и не имеют токопроводящего соединения с конструкциями защищаемого здания, такие элементы подлежат соединению с системой молниезащиты напрямую.

Требования к молниеприемникам

Молниеприемник является центральным элементом защиты и от его параметров зависит надежность всей системы. Правильно, когда конструкция этого узла разрабатывается на стадии проектирования дома. Для определения параметров молниеприемника нужны данные о геометрии крыши, размерах здания и забора вокруг территории, о физическом составе почвы в месте строительства и среднегодовом количество молний в данной местности. Важно иметь сведения по гипсометрии окружающего ландшафта, наличие водоемов, высоких деревьев или искусственных сооружений. Выбор конструкции молниеотвода зависит от совокупности имеющихся данных и финансовых возможностей застройщика.

Чаще всего применяется металлический штырь длиной до 2,0 метров и площадью поперечного сечения не менее 100 мм² с заостренным концом. Устанавливается такой штырь в самой высокой точке крыши и надежно крепится. При этом конус, образованный углом вращения в 45º с вершиной в острие, должен накрывать своей образующей, как шатром, защищаемый объект. В зависимости от конструкции крыши молниеприемник может состоять из металлической сетки или стального троса, натянутого вдоль конька.

Виды токоотводов

В качестве токоотвода применяется любой металлический проводник: медь, черная или оцинкованная стальная полоса 4х20 или 4х40 мм, стальная катанка диаметром 6÷8 мм, при этом подземная ее часть должна иметь диаметр не менее 10 мм и соединяться с контуром заземления при помощи электросварки. Токоотводом могут служить металлические конструкции дома: лестницы, трубы при условии надежного электрического соединения всех элементов. Токоотвод прокладывается по кратчайшему расстоянию от молниеприемника к заземлению и не должен иметь резко изгибающихся участков.

Крепление элементов защиты

Внешние элементы защиты от разрядов регулярно подвергаются знакопеременным температурным воздействиям и действию ветровых нагрузок. В этих условиях крепление является тем фундаментом, который обеспечивает долголетний срок работоспособности системы.

Самым надежным способом крепления является применение унифицированных изделий. Имеются кровельные и фасадные держатели токоотводов, держатели для водосточных труб, клеммы, соединители, крепления заземлителей и другие элементы. Детальные сведения о таких изделиях приводятся в специальных каталогах.

Как выбрать заземление

Элементами кольцевого заземления являются: соединительный элемент, плоский проводник (полоса), заземляющий проводник (обычно в ПВХ оболочке).

Глубинное основано на использовании стержней заземления, которые забивают на определенную глубину (в зависимости от количества точек монтажа и типа грунта) в землю. При этом не обязательно замыкать эти точки в единый контур как показано на рисунке ниже, наоборот обычно делают локальные очаги в местах спуска токоотводов по фасаду строения.

Всегда при монтаже заземления используют антикоррозионную ленту, которой герметизируют в земле места соединений конструктивных элементов.

Нормативные документы (РД 34.21.122-87, п. 8) регламентируют величину электрического сопротивления контура заземления в системах защиты от молний, которое не должно превышать 10 Ом. Кроме того, задаются конструктивные параметры заземлителей, в зависимости от применяемого сортамента стали.

Так, минимальные величины сечения и толщины стенок заземляющих электродов из уголковой или полосовой стали должны быть не менее 150 мм² и 5 мм соответственно, диаметр штыря из круглого арматурного железа – не менее 18 мм, стальной трубы – не менее 32 мм при толщине стенки 3,5 мм и более.

При определении расстояния между заземлителями РЗ важно выдерживать соотношение РЗ= 2,2 х ДШ, где ДШ – длина штыря заземлителя. При меньшем соотношении возникает эффект «перекрытия», который значительно увеличивает сопротивление растеканию электрических зарядов, и снижает эффективность защиты.

Минимальная глубина заложения штырей 2÷3 метра, выбирается в соответствие с физическими свойствами грунта и должна быть больше глубины промерзания. Чаще всего применяется контур в виде равностороннего треугольника. В углах контура забиваются заземлитили, которые соединяются общей шиной из полосовой стали.

Полезно соединять заземление дома и контур молниезащиты, что улучшает их характеристики. Контур заземления соединяется с токоотводом при помощи электрической сварки, холодной спайки или надежного болтового соединения.

В заключение предлагаем посмотреть видео устройства разомкнутого контура заземления частного дома в составе: стержни заземления 8х1,5 м, оцинкованная стальная полоса 40 мм, токоотводы.

Пример устройства молниезащиты частного дома для коньковой кровли

Для случая скатной коньковой крыши для расчета используют всегда так называемый «метод угла защиты».

Этап 2. По графику или формулам в зависимости от категории молниезащиты (3)(частные дома относятся к III и IV категории) и высоты h (2) определяем защитный угол (1), который затем переносим на здание и откладываем его в обе стороны от запроектированного на кровле проводника.

Этап 3. Находим те элементы на кровле, которые выступают за границы защищаемой зоны. На них необходимо будет запланировать дополнительные молниеприемники или коньковые проводники (в нашем случае это дымовая труба и выступающие оконные проходы). В зависимости от размеров дымовой трубы (1) производим расчет высоты молниеприемника (подробнее читайте в статье «Молниеприемники»).

Этап 4. Делаем выводы от молниеприемных устройств к будущим токоотводам. Важно уточнение! Для повышения эффективности системы концы проводника на коньках необходимо запланировать на 15 см длинее и загнуть немного вверх.

Пример устройства молниезащиты частного дома для плоской кровли

Для плоской крыши используем «метод молниеприемной сетки».

Этап 1. В самую первую очередь на тех участках, где вероятность удара молнии самая большая, а это кромка или выступы крыши, мы планируем проводник, который будет выполнять роль молниеприемника или базового контура молниеприемной сетки.

Этап 2. Аналогично предыдущему примеру находим угол защиты, переносим его на чертеж и проверяем все ли элементы сооружения покрывает защитная зона.

Этап 3. Собственно дополняем наш контур ячейками сетки исходя из того, что для зданий III класса молниезащиты, такой размер должен быть не больше 15х15 метров, то есть, если периметр вашего дома не больше, то достаточно будет оставить только базовый контур, иначе советуем разделить все пространство на равные ячейки и проложить таким образом проводники.

Этап 4. Если крыша имеет дополнительные выступающие элементы, то дополняем устройство молниезащиты молниеприемниками для соответствующих элементов по стандартным правилам.

Базовые схемы молниезащиты типовых проектов

На рисунке ниже представлены варинты молниезащиты нескольких типовых проектов домов (нажмите, чтобы увеличить).

Источник