Молниезащита для «умного» дома и не только

Содержание

• 1 Что такое молния
• 2 Как работает система молниезащиты зданий
• 3 Виды молниеприемников для частных домов
• 4 Видео — Монтаж системы для загородного дома
• 5 Можно ли самому сделать эффективную молниезащиту

Система защиты от поражения молнией нужна не только умному дому, но и любому строению. Если в дом ударит молния, то молниезащита предотвратит поражение людей, защитит от повреждения технику и электрооборудование. Прочитав статью, вы узнаете, как работает молниезащита, почему она очень важна и во сколько обойдется ее установка.

Что такое молния

Во время движения воздушных масса, изменения влажности и других факторов, в атмосфере происходит накопление статического электричества, напряжение которого достигает миллиардов вольт. Когда напряжение становится слишком большим, возникает электрический разряд, который и называют молнией. Разряд происходит поэтапно – ионизируется участок атмосферы неподалеку от места наибольшего напряжения. Сквозь ионизированный участок проходит стример (лидер) – небольшой разряд, создающий канал для мощного дугового разряда. Длина стримера достигает нескольких километров. После пробоя одного участка молния замирает на несколько микросекунд, после чего лидер пробивает следующий участок.

Одновременно от земли выдвигается стример, идущий навстречу. Это вызвано разностью потенциалов и взаимным притягиванием заряженных и незаряженных полей. Земля, благодаря высокой электрической проводимости и огромной массе играет роль незаряженного электрода, поэтому заряд статического электричества притягивает к себе незаряженные молекулы. Этот же эффект появляется, если потереть пальцами обертку некоторых конфет – она начинает притягиваться к коже под действием статического электричества. Когда оба стримера соединяются, возникает устойчивый канал, через который проходит огромное количество энергии, достигающее десятков гигаватт.

Место формирования нижнего стримера зависит от:

• высоты над уровнем земли;
• влажности воздуха;
• скорости движения ветра;
• уровня ионизации воздуха.

Нижний лидер чаще всего формируется в верхушке крон деревьев, крышах зданий и других объектах, возвышающихся над уровнем земли. Когда канал сформирован, через место появления нижнего стримера проходит ток в тысячи ампер. Если молния попадает в крышу дома, то статическое электричество напряжением в миллионы вольт воздействует на людей и бытовую технику. В результате такого воздействия техника выходит из строя, люди получают серьезные травмы, нередко ведущие к гибели, возникают пожары.

Как работает система молниезащиты зданий

Основное назначение молниезащиты – изменить место формирования нижнего стримера. Для этого необходимо учитывать один физический закон – электрический ток идет по пути наименьшего сопротивления. Воздух обладает очень высоким электрическим сопротивлением, поэтому стример формируется в результате ионизации и разряда. Молниезащита обеспечивает изменение высоты второго полюса, необходимого для разряда. Заземление молниезащиты вкопано или вбито в землю, поэтому при ударе молнии весь заряд уходит вглубь почвы и рассеивается там. Молниеприемник и заземление соединены стальным, медным или алюминиевым проводником, который без проблем выдерживает ток в десятки тысяч ампер. Молниеприемник возвышается над зданием, поэтому стример формируется не от крыши, а от него. В результате разряд молнии попадает в молниеприемник и через металлическое соединение уходит в землю, где без вреда рассеивается.

Для определения необходимости молниезащиты учитывают следующие факторы:

• высоту здания над землей;
• среднюю влажность грунта;
• электрическую проводимость грунта;
• частоту гроз в районе, где установлен дом;
• материал крыши;
• наличие рядом с домом высоких деревьев, металлических или железобетонных конструкций.

Молния всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Если дом возвышается над остальными строениями, то велика вероятность, что рано или поздно молния попадет в него. Это особенно актуально для регионов, где грозы – частое явление. Если рядом с домом находится дерево, металлическая или железобетонная конструкция, то с высокой долей вероятности молния ударит в нее. Ведь электрическая проводимость дерева или железобетона в десятки тысяч раз выше, чем у воздуха. Металлическая крыша является провоцирующим фактором для молнии. Ведь электрическая проводимость стали гораздо выше, чем у дерева или железобетона, а большая площадь ведет к более мощному заряду. Тут срабатывает тот же принцип, что и в электротехнике – чем больше сечение проводника, тем меньше его сопротивление и, соответственно, выше ток.

Виды молниеприемников для частных домов

Все молниезащиты разделяют по:

• типу и количеству молниеприемников;
• типу и количеству тоководов;
• типу и площади заземления;
• общей эффективности.

Молниеприемники делят на:

• естественные;
• штыревые;
• тросовые;
• сетчатые.

Активные молниеприемники, по уверениям производителя, самостоятельно образуют нижний стример, но их эффективность не доказана. В качестве пассивного естественного молниеприемника можно использовать металлическую кровлю, если она выдержит ток разряда. Для этого ее толщина должна быть не менее 7 мм. Штыревой молниеприемник – это металлический, чаще всего стальной штырь, возвышающийся над зданием. Тросовый молниеприемник изготавливают из стального троса, натянутого над зданием на двух токопроводящих опорах. Сетчатый молниеприемник выполнен в виде стальной сети, возвышающей над кровлей.

Толщину и количество тоководов рассчитывают исходя из площади здания. Они должны выдерживать ток в десятки тысяч ампер и не иметь коррозионных повреждений. Ведь любое повреждение увеличивает сопротивление токовода, в результате чего он перегревается, а то и плавится, что может привести к возникновению пожара. Нередко в качестве тоководов используют арматуру железобетонных стен или колон. В этом случае молниезащиту встраивают в здание еще на этапе подготовки проекта для строительства. Затем выкапывают котлован для фундамента и монтируют заземление, после чего приступают к остальным работам. Площадь и тип заземления определяют исходя из площади здания, сопротивления почвы и применяемого материала.

Наиболее эффективны сетчатые молниеприемники, возвышающиеся над зданием на несколько метров. Чуть менее эффективны тросовые молниеприемники. Это вызвано тем, что эффективная площадь, на которой молниеприемник обеспечивает защиту, равна его высоте. Если молниеприемник возвышается над металлической крышей на 10 метров, то радиус эффективной защиты на уровне крыши будет 10–12 метров. Поэтому для эффективной защиты тросовый молниеприемник необходимо поднимать над крышей на расстояние, равное ширине дома. Сетчатый молниеприемник от таких ограничений избавлен. Наименее эффективен штыревой молниеприемник, ведь он работает по тому же самому принципу – радиус защиты равен высоте над верхней точкой дома. Поэтому для качественной защиты он должен быть огромной высоты, что обойдется очень дорого. Достаточно эффективны и недороги сетчатые молниеприемники, уложенные на или под кровлю. Если кровля металлическая, то сетку необходимо укладывать над ней на высоте 10–50 см. Если кровля из битума или черепицы, то сетку можно подвесить прямо под ней. Толщина троса, сетки или штыря должна быть достаточной, чтобы без перегрева выдержать ток в тысячи ампер.

Видео — Монтаж системы для загородного дома

Можно ли самому сделать эффективную молниезащиту

При расчете молниезащиты приходится учитывать множество факторов, в которых хорошо разбирается только специалист по таким системам. Ведь нужно определить электрическую проводимость грунта, рассчитать размер и форму заземления, сечение токовода, тип, размер и способ установки молниеприемника. Можно сделать все примерно, как говорят, «на глазок», но будет ли эффективна такая система? Ведь не каждый владелец умного дома знает:

• почему нельзя соединять напрямую медные и алюминиевые провода (из-за электролиза, вызванного разным сопротивлением оксидных пленок, провода разъедает);
• почему нельзя делать заземление из алюминия (такое заземление под действием гальванических токов быстро придет в негодность);
• почему токовод нужно покрывать диэлектрическим антикоррозионным покрытием, а заземление токопроводящим (чтобы уберечь проводник от контакта с атмосферной влагой и обеспечить максимальное электрическое взаимодействие с грунтом).

Существует огромное количество прочих «почему», которые влияют на эффективность работы системы молниезащиты. По этой причине не стоит экспериментировать, ведь в результате ошибки может возникнуть пожар или поражение электрическим током. Ошибки, допущенные во время проектирования и монтажа молниезащиты, приведут к попаданию части энергии молнии во внутридомовую электрическую проводку и уничтожению всей электроники.