Как сделать молниеотвод в частном доме

Природа молний такова, что предугадать место и время удара атмосферного электричества практически невозможно. Существует огромное количество теорий о том, что происходит при ударе молнией в землю, но до конца прояснить ситуацию, несмотря на все заверения специалистов, пока не удается.

Единственным проверенным средством, помогающим уберечься от удара атмосферного разряда, является молниеотвод. Но нельзя делать конструкцию для защиты от удара молнии, не имея представления, как работает молниеотвод. Вместо эффективной защиты, можно только увеличить вероятность удара молнии. Эффективность простого устройства будет достаточно высока, если владелец дома точно представляет, как сделать молниеотвод в частном доме, чтобы отвести удар молнии и одновременно обезопасить себя от электрического разряда.

Что представляет собой система защиты от удара молний

Чаще всего знания о том, как работает молниеотвод, сводятся к нескольким общеизвестным фактам:

• Молния ударяет во время прохождения грозового фронта над местностью с переменным рельефом или большим количеством деревьев, построек или плотной застройкой зданий и высотных объектов;
• Металлические предметы, техника и строительное оборудование, вышки и высокие деревья чаще всего становятся объектом удара молнии;
• Единственной возможностью безопасно компенсировать удар молнии является эффективное заземление молниеотвода.

В модели молнии принято, что электрический разряд начинается в грозовых облаках, и при ударе светящийся лидер направляется к поверхности земли. Принцип работы молниеотвода сводится к тому, чтобы переключить электрический удар на специальную проводную шину, отправляющую заряд молнии глубоко в землю.

Сегодня даже школьник знает, из чего состоит молниеотвод фото. Самая простая конструкция защиты от удара молнии строится на основе трех базовых частей:

• Молниеприемника или оголовника молниеотвода, на который и приходится удар электрического разряда молнии;
• Токопроводящего контура из толстой стальной шины или нескольких медных проводов большого сечения;
• Системы заземления удара и рассеивания разряда молнии.

Основным условием эффективной защиты от ударов молнии является правильный подбор сечения металла шины, установка молниеотвода на оптимальной высоте и безопасное обустройство заземления. Не стоит обольщаться простотой и даже примитивностью его устройства. При несоблюдении простейших правил стальной каркас и шина молниеотвода могут быть не менее опасными, чем собственно удар молнии.

Что происходит во время грозы и удара молнии

Процесс образования электрического разряда в землю достаточно сложен и плохо предсказуем. Даже современная техника и методы расчета не могут указать на место удара молнии. Поэтому принцип действия молниеотвода строится на так называемой инициализации или провокации разряда молнии.

С первыми признаками грозы за счет мощного электрического поля в воздухе над высокими объектами, антеннами и оголовками молниеотводов резко увеличивается количество положительных зарядов. Еще нет грозы и ударов молнии, а над верхушками уже скопились огромные облака из заряженных ионов. Источником стекающих вверх зарядов является поверхность земли.

Любой человек может даже почувствовать запах этих зарядов, всем известно, как перед грозой усиливается влажность, выразительнее становятся запахи растительности и сырой земли. Если коснуться своими руками молниеотвода, то можно испытать небольшой удар током.

Так как молниеотвод соединен с грунтом, то вокруг оголовка и шины молниеотвода скапливается самый большой потенциал зарядов, поэтому удар молнии приходится именно в металлические части защиты, а не в крышу или соседний дом.

В некоторых случаях молниеотводы и шины дополнительно оборудуют грозовыми разрядниками или вентильной защитой. По сути, это контур, согнутый из шины в виде кольца или эллипса с разрывом. По мере увеличения напряженности поля накопившийся заряд разряжается на контуре, тем самым уменьшает вероятность удара молнии именно в этот объект. В первую очередь подобными молниеотводами с вентильной защитой оборудуются объекты, для которых удары молнии могут привести к катастрофическим последствиям, например, хранилища топлива, трансформаторные подстанции или линии электропередач

Как построить безопасный молниеотвод своими руками

В том, что система защиты от удара молнии может представлять огромную опасность для жизни человека, электронных приборов, систем электроснабжения и даже для просто находящихся рядом людей и животных, нет ни капли преувеличения.

Какую опасность представляет неправильно построенный молниеотвод

Во время удара молнии в оголовок приходит электрический заряд 150-200 Кл или несколько сот киловатт электроэнергии. Этого достаточно, чтобы пережечь стальную шину защиты сечением в 100-150 мм² или зажечь стропильный каркас крыши, испарить 200-250 литров воды. После удара молнии пришедшие заряды в молниеотводе никуда не деваются, на какую-то тысячную долю секунды система защиты работает, как гигантский конденсатор.

Если заземление молниеотвода построено правильно, то практически вся энергия заряда молнии стекает в поверхностный слой грунта. Процесс стекания заряда очень сложен, и точно сказать, как именно будут двигаться заряды от оголовника до заземляющей части молниеотвода, практически невозможно. Если токопроводящая шина обладает повышенным сопротивлением движению зарядов, то часть энергии может разрядиться на проходящую рядом электропроводку, телефонные линии, металлические детали крыши и каркаса здания.

Электричество может пройти даже по арматуре железобетона или мокрой штукатурке. В результате удара молнии может произойти скачок напряжения в электросети, возгорание деревянных или пластиковых деталей здания. Если в момент электроразряда произойдет перегорание шины, то ток пойдет в землю по всем ближайшим проводящим поверхностям, даже если нет непосредственного контакта с заземляющим проводником.

Еще более тяжелые последствия могут наступить, если рядом с шиной и металлом заземления находится человек. Даже если шина и заземляющая часть молниеотвода исправны, часть заряда молнии разряжается через влажный воздух и ближайшие проводящие детали. Последствия для человека могут быть такими же, как если бы он стоял под деревом, в которое пришелся удар молнии.

Кроме того, в момент распространения разряда в грунте на доли секунды возникает шаговое напряжение, представляющее не меньшую опасность, чем собственно сам электрический разряд. Поэтому пешеход, двигаясь по дорожке в непосредственной близости к контуру заземления, имеет все шансы получить сильнейший электрический разряд. Статистика знает случаи, когда во время удара молнии боковой разряд перескакивал с шины на металлические детали зонтика.

Требования к обустройству эффективного заземления молниеотвода

Суть шагового напряжения сводится к следующему. Стекающий по шине заряд от молниеотвода к заземлителю входит в грунт практически в одной точке, в которой создается самый высокий электрический потенциал, по мере удаления величина электрического напряжения сильно уменьшается. Человек, делая шаг вблизи шины, попадает в ситуацию, когда каждая нога находится под своим потенциалом. В результате от одной ступни к другой начинает течь ток, и человек получает сильнейший удар.

Поэтому первое требование эффективного молниеотвода относится к обустройству заземляющей части. Рассеивающий контур должен строиться по следующим правилам:

• Конструкция заземления выполняется в виде замкнутого контура сечением не менее 4х4 см, чаще всего треугольной или прямоугольной формы с длиной стороны 1,5-2 м;
• Контур приваривают к токоведущей шине только с помощью сварки. Если шина изготовлена из меди или алюминия, то на высоте не менее 30-40 см над уровнем грунта необходимо установить переходник «медь-сталь» или «алюминий-сталь»;
• Глубина погружения контура составляет от 70 до 100 см, в зависимости от влажности и сопротивления грунта.

Оголовок молниеотвода

Более распространенные типы молниеотводов изображены на схемах, приведенных ниже. Идеальный вариант молниеотвода в частном доме должен изготавливаться в виде отдельно стоящей вышки или штанги, высотой равной полуторному расстоянию от грунта до конька жилого помещения.

Чем выше установлен молниеотвод, тем большую площадь поверхности он обеспечивает защитой от поражения электрическим разрядом. Но на практике редко кто решается сделать такой молниеотвод в частном доме своими руками, так как бытует заблуждение, что штанга выше 12 м будет «собирать» все удары молний в округе.

Большинство специалистов рекомендует поднимать молниеотвод на высоту до 18-20 м, особенно если здание находится в плотной застройке частного сектора. Это обеспечит защищаемую площадь в виде круга радиусом 15-20 м, что для одного домовладения вполне достаточно.

Кроме штанги, широко используются виды молниеотводов, устанавливаемые на коньковую балку или трубу дымохода, с дополнительной разводкой медной шиной по коньку и слуховым окнам. Такая схема защиты от ударов молнии бывает достаточно эффективной, особенно если в качестве кровельного покрытия крыши используется металлочерепица или профнастил.

Диаметр штыря молниеотвода может быть от 15 до 25 мм, лучше всего использовать нержавеющую сталь или легированный металл. Для оголовка нет смысла использовать латунь, медь, алюминий. При ударе молнии возникает локальный перегрев металла молниеотвода, иногда с искрами и разбрызгиванием капелек металла. Любая такая капля может стать инициатором стекания заряда на металлическую кровлю или, еще хуже, привести к пожару.

Если на крыше установлены несколько выступающих труб и конструкций, то нужно будет устанавливать несколько стержней молниеотводов, или использовать универсальную систему защиты от ударов молний.

Токопроводящая шина молниеотвода

В задачу проводной шины входят не только функции «сброса» электрического заряда к заземляющему и рассеивающему контуру. Прежде всего, требуется вывести шине электрический разряд безопасно для постройки и людей, случайно оказавшихся рядом с домом.

Специалисты определяют несколько базовых требований к прокладке токопроводящей шины:

• Укладка шины выполняется без загибов под острым углом и тем более поворотов под углом 180^о. Любые петли и витки в спуске могут привести к возникновению мощного дугового разряда и перегоранию шины. В этом случае следующий удар молнии в молниеотвод может уничтожить крышу и само здание;
• Шина должна соединяться с заземлением и оголовком молниеотвода только сваркой, без использования любых болтовых соединений, хомутов и стяжек. Даже незначительное повышение местного сопротивления шины приводит к ее локальному перегреву и оплавлению. Особенно опасна ситуация, когда токоведущая шина сваривается из нескольких лент разнородного материала;
• Крепление токопровода по возможности должно выполняться с использованием петель и хомутов из диэлектрических материалов, например, стеклопластика. Исключением является ситуация, когда медные шины «разводятся» по поверхности металлической кровли.

Для токопроводящей шины обычно используют ленты из черного металла или меди. Наилучшим вариантом считается медная электротехническая шина диаметром не менее 8 мм, она выдержит любой удар молнии. Можно изготовить токоведущую линию из толстой алюминиевой катанки, диаметром не менее 12 мм. Например, использовать элементы насыпной обмотки мощного электродвигателя.

Немаловажным является также способ крепления шины и деталей молниеотвода.

Типовые конструкции молниеотводов

Для защиты частного дома используется несколько видов молниеотводов, используемых при построении комплексной грозовой защиты.

Типовая схема такой защиты приведена на рисунке. В состав защиты входят:

• Несколько приемных оголовков-штырей молниеотводов, рассредоточенных на наиболее уязвимых точках кровли;
• Разводка токопроводящей шиной по коньковой балке, ветровым планкам и скатам кровли. Как показывает практика, молния нередко поражает массивные металлические поверхности, находящиеся ниже молниеотвода;
• Система комплексного заземления, при этом контур от молниеотвода не должен соединяться с заземляющей линией электропроводки, в противном случае сгорит большая часть домашней техники;
• Устройство для защиты домашней аппаратуры и электросети при ударе молнии в линию электропередач.

Нередко токопроводящая шина становится источником проблем для домашней электросети. Во время удара молнии по шине протекает мощный импульс тока, способный вывести из строя цифровую технику, мобильный телефон, компьютер или сетевое оборудование интернета.

Поэтому перед тем как сделать молниеотвод, будущую линию укладки шины нужно обязательно экранировать. Для этого используется металлическая сетка с ячейкой не более 5 мм. Если шину молниеотвода предполагается уложить по бетонной или кирпичной стене, то сетку укладывают под штукатурку, и изолируют от шины. К экранирующей сетке припаивается провод, который подключается через вентильную защиту к общей системе заземления, но не к контуру молниеотвода.

Варианты построения защиты от удара молнии

Установка мачты с молниеотводом позволяет защищать большую часть придомовой территории. Для загородных дачных участков схема защиты от удара молнии не решает всех проблем. Особенно если учесть, что расстояние между постройками может составлять 40-50 м, высота защитной мачты в этом случае должна достигать нереальных 40-60 м. Поэтому все загородные постройки в обязательном порядке приходится оборудовать своими молниеотводами и системами защиты от ударов молнии.

Простейшая схема молниеотвода приведена на следующем рисунке.

Штырь или оголовок молниеотвода устанавливают на кирпичную трубу. Общая высота молниеотвода в верхней точке должна равняться величине диагонали коробки дома, умноженной на коэффициент 1,2.

Заземляющую шину пропускают по ветровой планке и «слепому» ребру здания. Если есть возможность, то шину лучше всего пустить в навесном варианте без крепления к коробке дома.

Для построек удлиненной формы приходится использовать защиту от удара молнией из нескольких штырей или устанавливать проволочный вариант молниеотвода, как на фото.

В этом случае молниеотводы устанавливаются только на фронтонах, а между ними натягивается толстая стальная проволока или трос, диаметром не менее 8 мм. Чтобы ветер не раскачивал систему молниеотвода, провод натягивают с помощью двух боковых подвесов из керамических изоляторов и пластиковых шнуров. Использование изоляторов обеспечивает правильную работу молниеотвода, без них электрический заряд от удара молнии способен стекать на землю по намокшему от дождя капроновому канату.

Третий вариант молниеотвода применяется для защиты кровельного покрытия крыши от прямого попадания молнии. Зачастую длина скатов крыши может превышать высоту дома в два и более раз, поэтому часть кровельного покрытия оказывается за пределами защищаемого круга. Если устанавливать дополнительные штыри по карнизу и на свесах, то это решит проблему, но серьезно повлияет на внешний вид здания, поэтому вместо штыревого молниеотвода устанавливают сетчатый.

Схема мало чем отличается от предыдущего варианта, в дополнение к тросу и стальным стержням на скатах закрепляют с шагом 4-6 м несколько горизонтальных и вертикальных ниток толстой многожильной проволоки. Если кровля изготовлена из металла, сетку молниеотвода нужно обязательно изолировать от металлической поверхности с помощью резиновых прокладок.

При ударе молнии диаметр пятна теплового поражения достигает 15-20 см, поэтому прямое попадание лидера, например, в металлочерепицу приведет к воспламенению обрешетки и гидроизоляции крыши.

Строим своими руками

Любое строительство грозовой защиты дома начинается с наиболее трудоемкой его части – с заземляющего контура. Схема постройки заземляющей части молниеотвода приведена ниже на чертеже.

Заземление удара молнии

Первоначально потребуется уточнить уровень грунтовых вод около фундамента дома. Если в здании есть погреб или подвальное помещение, регулярно затапливаемое водой, первоначально нужно будет сделать дренаж и защиту от влаги со стороны укладки металлического контура и шины.

Для плитных фундаментов и МЗЛФ котлован под заземляющий контур можно сделать в непосредственной близости к бетонной ленте или плите. В других случаях место под траншеи нужно перенести на 2-3 м от отмостки.

На первом этапе роем треугольную траншею с длиной стороны 300 см. Ширина траншеи не имеет значения, оптимальная глубина составляет 70-90 см. Для каменистых и песчаных грунтов траншею можно углубить по максимуму, для суглинка достаточно 70 см. Иногда под укладку деталей заземления отсыпают подушку из песка и отсева. Такой подслой хорошо впитывает воду из грунта, что обеспечивает малое сопротивление контура.

Металлический контур заземления должен изготавливаться в виде замкнутой рамы, такая конструкция обеспечивает наилучшее рассеивание заряда. Если на доме установлено три-четыре штыревых молниеотвода, каждый с заземляющей шиной, все токоведущие детали необходимо соединить одним контуром с помощью стальной ленты. Это позволяет выровнять потенциал и предупредить перетекание заряда в грунте.

Наиболее подходящий материал для контура – стальной уголок №50 или профилированная квадратная труба 70х40 мм. После сварки основных деталей рамы к одной из сторон приваривается контактная полоса, которая будет выводиться на поверхность. Если грунт слишком сухой, вместо полосы можно приварить дюймовую трубу, через которую удобно заливать рассол или воду. В летние месяцы, если нет дождей более 4-5 недель, нужно периодически увлажнять песчаную подушку, чтобы сопротивление грунта на входе на шину не увеличивалось.

После установки каркаса в вырытую траншею металл проливают соленой водой и засыпают влажной землей. На поверхности можно сделать отсыпку из щебня и уложить тротуарную плитку, чтобы уменьшить гальваническую связь и риск появления шагового напряжения. Делать бетонную стяжку нет смысла, так как через 10 лет придется сделать замену частей молниеотвода, и бетон будет лишней помехой в работе.

Если уровень грунтовых вод достаточно низкий, то для контура молниеотвода потребуется пробурить несколько скважин диаметром 5-6 см на глубину до 2-3 м. Не обязательно бурить до воды, главное — достать до влажных слоев земли. В скважины вставляют металлические трубы, верхние части которых обязательно приваривают к общему контуру и к шине.

Отвод от контура заземления, как правило, прячут в стеновой нише цоколя или специальном боксе. Туда же заводят шину молниеотвода. После сборки все металлические части тщательно изолируют, чтобы избежать случайного касания шины со стороны людей или животных.

Наиболее подробное описание строительства молниеотвода в частном доме своими руками приведено на видео https://www.youtube.com/watch?v=0K6SNX1avXA.   

Выполняем монтаж штыревого приемника и шины

Самая простая конструкция оголовка молниеотвода выглядит, как обычный кусок арматуры с заостренным кверху концом. Считается, что острые края способствуют возникновению разряда и большей эффективности молниеотвода, но на практике особых преимуществ в защите от удара молнии перед обычными штырями не наблюдалось.

Оголовок молниеотвода может выполняться в виде нескольких штырей, закрепленных в одной раме и даже в виде сетчатого каркаса. Некоторые конструкции молниеотводов позволяют в ночное время наблюдать интересное явление – при приближении грозы на остриях начинают зажигаться крошечные разряды молний. Это означает, что скоро будет гроза.

Штырь молниеотвода нужно соединить с токоведущей шиной еще до его установки на крыше. Высота стержня молниеотвода должна быть как минимум на 100-120 см выше верхней точки рядом стоящих дымоходов и вентиляционных труб. Можно взять обычную водопроводную трубу ¾ дюйма, длиной не менее двух метров.

В верхней части молниеотвода отверстие заваривается сваркой, если токоотводящая шина планируется из меди или алюминия, то проще всего использовать электротехнический переходник, позволяющий надежно соединять два контакта из разнородных металлов. Если просто закрепить медную проволоку на стальном штыре, через две-три недели из-за электрохимической коррозии место крепления окислится, и защита от ударов молнии перестанет работать. Молниеотводы и шины промышленного изготовления никогда не красят, металл фосфатируется и покрывается слоем никеля.

Разумеется, увеличенное сопротивление на контакте в месте крепления медной шины к стальной трубе не в состоянии остановить сверхсильный удар молнии, но речь идет о другом. Положительно заряженные частицы, которые скапливаются вокруг штыря молниеотвода во время грозы, из-за отсутствия контакта на шине будут перетекать на дымоход и козырьки вентиляции на крыше. В результате удары молнии будут попадать в дымоход, в кровлю и в шину, но не в штырь молниеотвода. Эффект ионизации воздуха вокруг молниеотвода имеет и другие негативные последствия. Прежде всего, шина и крепление молниеотвода под воздействием ионов и влажного воздуха корродирует в 5-10 раз быстрее, чем обычный металл.

После сварки штыря и шины молниеотвода их следует закрепить на крыше. Лучше всего это сделать с помощью хомутов или анкерными болтами. Нужно только следить, чтобы рядом с шиной не оказалось других проводящих деталей, например, кабеля от антенны или ограждения крыши. Не стоит крепить шину молниеотвода на неоштукатуренный кирпич или железобетонную плиту. Удар молнии, как правило, быстро разрушает оба материала.

Прежде чем закрепить молниеприемник, нужно установить шину на стены и крышу дома. Главное, чтобы рядом не оказался ввод электросети от ближайшей линии электропередачи. При ударе молнии дуга может проскочить от шины к фазовому проводу, даже если они удалены друг от друга на пару десятков сантиметров. Кроме сгоревшего счетчика и вводного щита, будет крупный штраф за неправильную установку молниеотвода и шины.

Заключение

Молниеотвод не обязательно делать своими руками, можно приобрести в готовом виде и установить. Многие компании выпускают системы защиты от ударов молний в комплекте с шинами и устройствами блокирования бытовой аппаратуры. Некоторые из них имеют встроенные датчики напряженности поля на шине, что позволяет узнавать о приближении грозы за полчаса до ее начала. Часть молниеотводов выполняют в виде декоративных фигур из металла, зажигающихся огоньками при ударе молнии. Но есть и немало случаев откровенного шарлатанства. Например, в рекламе одной из фирм предлагалась миниатюрная модель с покрытием из специального магнитного сплава, притягивающего молнии к оголовку. Понятно, что такие молниеотводы ради собственной безопасности стоит обходить стороной.

• Как правильно установить варочную панель в столешницу
• Как установить инфракрасный обогреватель самостоятельно
• Как подключить кондиционер к электросети самому
• Подключение телефонной розетки rj11, схема