Нужен ли громоотвод? Этим вопросом задается не один владелец частного дома, ведь разряд молнии может стать причиной выхода из строя всей бытовой техники или, еще хуже, пожара. Если дом расположен в поселке или городе в окружении себе подобных, то в громоотводе нет необходимости. Напротив, он может притягивать электрические разряды. Если же дом одиноко стоит в поле или на большом участке, возвышается на пригорке, а климат летом жаркий и сухой, с частыми грозами, то громоотвод просто необходим.

Устройство громоотвода

Первый громоотвод сконструировал Бенджамин Франклин, который, по совместительству, был не только президентом Америки, но и изобретателем. С тех пор конструкция этого приспособления не особенно изменилась, так как справляется со своей задачей оно хорошо. Громоотвод состоит из трех частей, соединенных между собой.

• Молниеприемник – самый заметный элемент, представляющий собой длинный стержень из алюминия, меди, стали или другого хорошо проводящего ток металла. Он крепится или вне его с таким учетом, чтобы верхняя точка возвышалась над крышей. Толщина молниеприемника зависит от металла, для стали это 50 мм кв., для меди – 35 мм кв. Возможна и конструкция в виде троса, натянутого над коньком по всей его длине, она считается более безопасной. И трос, и штырь должны опираться на деревянные подпорки. Металлическая крыша без защитного полимерного покрытия сама по себе может являться молниеотводом, но в этом случае ее необходимо хорошо изолировать изнутри. Такое устройство крыши оговаривается еще на стадии проектирования, так как выбираются материалы достаточной толщины, и сама конструкция имеет ряд особенностей.
• По токоотводу заряд от молнии уходит в землю. По сути, это провод, соединяющий молниеприемник с заземлителем. Толщина его зависит от материала и длины, так как он должен кратковременно справляться с нагрузкой в 200 тыс. ампер. Лучше всего подойдет медный провод сечением не менее 6 мм кв.
• Заземлитель – контур, по которому напряжение разряда передается в землю. Обычно он изготавливается из медных или стальных прутьев, диаметр которых зависит от их длины, вкопанных в землю. Не стоит использовать в качестве заземлителя для молниеотвода трубы водопровода или иных коммуникаций или контур заземления от электропроводки самого дома.

Громоотвод своими руками

Перед установкой громоотвода необходимо определиться с местом его размещения – будет ли это крыша дома или площадка на участке. Отдельно стоящая конструкция потребует большего расхода материала, но, при установке на границе участков, может защищать два и более домовладения. Такой громоотвод должен превышать самую высокую точку крыши на 2 метра.

Молниеприемник устанавливается на вышку, которая может быть изготовлена из трубы подходящего диаметра. Внутри нее будет проходить токоотвод, поэтому материал трубы должен служить изолятором, сверху хомутами крепится медный, стальной или алюминиевый стержень. Токопровод приваривается к приемнику.

Провод на тех участках, где он не будет защищен трубой, можно спрятать в гофру, чтобы уберечь от коррозии. Вышка вкапывается в землю на глубину 2-х метров, дополнительно ее можно зафиксировать подпорками, закрепленными на хомуте.

Если молниеприемник расположен на крыше, то он должен возвышаться над ее верхней точкой на 30 см. В этом случае токопровод прокладывают так, чтобы он не проходил около окон или дверей, до ближайших металлических конструкций (лестниц, водостоков) должно быть не менее 30 см. Кабель не должен иметь резких изгибов или прямых углов, так как в этих местах высока вероятность появления искровых разрядов. К стене он крепится пластиковыми хомутами на дюбели.

Выбирать место расположения заземления нужно с учетом того, что до ближайшего входа в дом или иные постройки должно быть не менее 3 метров, а от стен не менее метра. В этом месте выкапывают траншею длиной 3 метра и глубиной 1-1,5 метра. В ее концах забивают на глубину в 2 метра стержни из меди сечением 50 мм кв. или стали сечением 80 мм кв. (подойдет некрашеная арматура), соединяют их, приварив прут из того же материала. К контуру приваривают провод токоотвода и траншею вновь засыпают землей.

Возведение громоотвода на участке или на крыше потребует времени, навыков сварки и материальных затрат. Однако потери, которые могут произойти за доли секунды при попадании молнии в дом, ощутимо серьезнее.

Стоит помнить, что правильно сконструированный и установленный громоотвод будет эффективен лишь при установке в доме УЗО и ограничителей напряжения.

Молниезащита сельской индивидуальной малоэтажной застройки в соответствии с широко распространенным опытом должна осуществляться при помощи молниеприемников на крышах домов или на высоких деревьях, высота которых в 2-2,5 раза выше домов застройки. Эти рекомендации исходят из того, что сооружение предлагаемых молниеотводов не потребует значительных материальных затрат, при этом забывая, что кровля стоит больших денег и требует бережного к ней отношения, а установка молниеприемников на деревьях на высоте 15- 20 м не может быть рекомендована по соображениям техники безопасности.
Подавляющее большинство строений в сельской местности покрыты шифером, дранкой или соломой, не допускающими без опасности их повреждения установки молниезищитных устройств. И только строения, покрытые металлом, могут быть оборудованы такими молниеприемниками.

В качестве универсального молниезащитного устройства может быть предложен одиночный стержневой молниеотвод с заземляющим устройством, представленный на рис. 2.

Преимуществом одиночного стержневого молниеотвода является его универсальность, возможность путем выбора соответствующего места защитить значительные площади с несколькими строениями, а также долговечность, простота обслуживания и т.д.

Цель нашей статьи - не только ознакомить читателей с методикой расчета молниеотводов, но и предложить конструкцию, на основе которой можно спроектировать и построить молниеотвод меньшей высоты. Для изготовления молниеотвода могут быть использовны бывшие в употреблении трубы, швеллеры и уголки.

Изготовление молниеотвода доступно тем, кто способен выполнять простейшие слесарные работы: резку металла, в том числе и абразивным кругом, сверление, опиловку и т.п. Сварочные работы должны выполняться сварщиком или тем, кто имеет опыт сварочных работ. Подъем мачты рассчитан на то, что эта операция будет производиться без использования специальных машин силами 3-4 человек. Как следует из рис. 2, молниеприемник и молниеотвод должны крепиться на мачте, высота которой зависит от размеров зоны защиты молниеотвода.
На рис. 8 представлена конструкция молниеотводов, выполненная из металла, в силу чего она может быть использована и как молниеприемник и как молниеотвод.

Представленный молниеотвод состоит из узлов мачты и основания, соединенных между собой осью. На оси узел мачты, находящийся при изготовлении в горизонтальном положении, поворачивают и устанавливают в вертикальное положение. Такая конструкция позволяет избежать работ на высоте и дает возможность производить осмотр, окраску и ремонт мачты в более удобном горизонтальном (опущенном) положении.

Для предотвращения раскачивания мачты под действием ветров ее укрепляют с помощью трех растяжек.

Узел мачты представляет собой платформу, к которой приваривают мачту, состоящую из 5 труб (рис. 8, дет. 1-5), соединенных сваркой. Узел основания состоит из платформы, аналогичной платформе узла мачты, но сваренной в зеркальном отражении (то есть полки однозначных деталей должны быть обращены навстречу друг другу), как это показано на рис. 8.

Рис. 8. Конструкция металлического одиночного молниеотвода (номер, название, сортамент, размеры и количество заготовок). Узел мачты:
1 - труба Ду20, L=3,15 м, кол. 1 шт.;
2 - труба Ду25, L=3,15 м, кол. 1 шт.;
3 - труба Ду32, L=4,15 м, кол. 1 шт.;
4 - труба Ду40, L=5,15 м, кол. 1 шт.;
5 - труба Ду50, L=5,00 м, кол. 1 шт.;
6 и 16 - швеллер № 12, L=600 мм, кол. 2 шт.;
7 и 17 - швеллер № 12, l_=240 мм, кол. 4 шт.;
8 - косынка, лист толщ. 4 мм, треуг. 800x200 мм, кол. 3 шт.;
9 - полупетля: уголок 50x50 мм, L-170 мм, кол. 2 шт.;
10 - болты М12, кол. 6 шт.;
11 - прокладки, лист толщ. 1 мм, кол. 6 шт.;
12 - ось, круг (16 мм, L=700 мм, кол. 1 шт.;
13 - угольник стопорящий, уголок 50x50,
Ц=220 мм, кол. 1 шт.;
14 - болты М12, кол. 2 шт.;
15 - прокладки, лист толщ. 1 мм, кол. 6 шт.
Неподвижный узел:
18 - кронштейн, уголок 50x50 мм, 1_=180 мм, кол. 2 шт.;
19 - полупетля, уголок 50x50 мм, 1_=180 мм,
кол. 2 шт.;
20 - нога, труба ДуЮО, длина определяется
расчетом, кол. 3 шт.;
21 - пластина, лист толщ. 4 мм, 250x250 мм,
кол. 3 шт.;
22 - технологическая мачта, труба Ду50,
L=4500 мм, кол. 1 шт.;
23 - стремянка, круг Ф12, 1_=210 мм, кол. 2 шт.;
24 - растяжка, кол. 3 шт.;
25 - труба Ду32, 1_=120 мм, кол. 1 шт.;
26 - звенья цепи, кол. 3 шт.;
27 - пластина, кол. 1 шт.;
28 - упоры, кол. 3 шт.;
29 - фигурная шайба, кол. 3 шт.;
30 - швеллеры якоря (швеллер № 12, 1_=1500 мм, кол. 4 шт.; L=600 мм, кол. 4 шт.)

К платформе с нижней стороны приваривают три ноги, к нижней части которых также приваривают пластины. Длина ног зависит от глубины промерзания почвы и вычисляется по формулам, приведенным на рис. 11. Угольник 13 служит для стопорения поднятой мачты. Стопорение производят с помощью двух болтов Ml2, стягивающих угольник 13 с дет. 18, принадлежащей узлу основания.

Для регулировки положения мачты в поднятом состоянии предусматриваются прокладки. Под каждой из полупетель 9 и под болтами угольника 13 устанавливают пакет прокладок толщиной 3 мм. Форма прокладок должна обеспечивать возможность их удаления без снятия полупетель 9 и угольника 13.
Примерная форма прокладок представлена на рис. 8, дет. 11 и 15.

После изготовления деталей молниеотвода необходимо произвести сборку узла мачты и узла основания. Сборку узла мачты начинают со сборки самой мачты.
Последнее звено мачты (дет. 5) изготовлено из газоводопроводной трубы Ду50 (2") с внутренним диаметром 53 мм. В нее должна вставляться дет. 4 - труба Ду40 (1 1/2") с наружным диаметром 48 мм. Зазор между трубами составляет 5 мм или 2,5 мм на сторону. Для центрирования труб необходимо к концу трубы дет. 4 прихватить сваркой четыре предварительно подогнутые пластины толщиной 2,5 мм, длиной 150 мм, разведенные между собой на равные расстояния. После опиловки (если в этом возникнет потребность) вставить обработанный конец трубы 4 в трубу 5 на глубину 150 мм. На ровной достаточно твердой площадке (например, дорожке) уложить соединенные трубы дет. 4 и дет. 5 и с помощью подкладок выставить их в горизонт, после чего сделать первую прихватку. Повернув трубы на 180°, вновь выставив их в горизонт, делаем вторую прихватку. Повторяем операцию, повернув сваренные трубы на 90°.

Производим проверку - трубы, повернутые под любым углом, должны сохранять параллельность. Убедившись, что сваренные трубы соосны,. окончательно обвариваем стык. Через ранее просверленные в трубе дет. 5 четыре отверстия диаметром 10 мм, расположенные в 120 мм от свариваемого стыка, сварить дет. 4 и 5, как это показано на рис. 8. Отличительной особенностью соединения дет. 4 с дет. 3 является то, что наружный диаметр дет. 3, равный 42,3 мм, будет больше внутреннего диаметра трубы дет. 4-41 мм. Излишний металл с дет. 3 удаляют при помощи напильника. Соединение дет. 3 и 2 проводят аналогично соединению дет. 4 и дет. 5, а соединение дет. 1 и 2 должно производиться без предварительной обработки. На этом сборку мачты заканчивают. Собранную мачту необходимо уложить на козлы с опорой на диаметры 2" и 1 1/2", как это показано на рис. 9-1.

Следующим этапом работы является изготовление платформ узлов мачты и основания. Платформы сварены из деталей 6 и 7, 16 и 17. На верхнюю часть платформы узла мачты в дальнейшем приваривают мачту, в силу чего сваренные детали должны образовать правильную плоскость. Детали платформы целесообразно сваривать на плоском металлическом листе. Во избежание сварочных деформаций детали 6 и 7 должны быть предварительно прихвачены с обеих сторон, в случае необходимости отрихтованы и только после этого обварены.

Для сборки платформ узлов мачт и основания необходимо платформу узла основания установить на верстак, затем размешают прокладки толщиной 3-4 мм и далее - платформу узла мачты. Потом собираем на болтах детали, образующие узел поворота и стопо рения платформ (рис. 8, дет. 9-15 и 18, 19). Проверяем возможность поворота и стопорения платформ узлов мачты и основания, после чего детали, закрепленные болтами на платформах, обвариваем. Для окончательной сборки к платформе узла основания приваривают ноги, к которым ранее были приварены пластины (рис. 8, дет. 20 и 21).

Для того чтобы мачта стояла строго вертикально, необходимо, чтобы верхняя плоскость платформы узла мачты, присоединенная к платформе узла основания и застопоренная болтами дет. 14, после установки и бетонирования должна быть в строго горизонтальном положении. Глубина котлована под установку узла основания зависит от глубины промерзания грунта. Формулы для определения глубины котлована представлены на рис. II.

Для установки узла основания необходимо выкопать котлован, глубина которого должна быть больше глубины промерзания.

Рис. 9. Этапы сборки молниеотвода

Это необходимо для того, чтобы во время замерзания и оттаивания грунта пучение не могло изменить вертикального положения мачты. В том случае, если грунты не подвергаются пучению (например, в случае водоненасышенных песчаных грунтов), глубина ямы может быть уменьшена до 1000 мм. Дно ямы должно иметь диаметр не менее 700 мм. На дно ямы укладывают слой бетона толщиной 150 мм. По истечении двух суток устанавливают узел основания в сборе с платформой узла мачты, размещают с помощью подкладок под ноги верхнюю плоскость платформы узла мачты в горизонт и фиксируют раствором положение узла основания, оставив в таком положении еще на трое суток. По истечении этого срока проверяют положение верхней плоскости платформы подвижного узла. Если оно не изменилось, заливают второй слой бетона толщиной 150 мм.

Такая фундаментальная заделка ног необходима для того, чтобы предотвратить возможность «выталкивания» ног, которое возможно даже в песчаных грунтах, так как вес всей конструкции не превышает 160 кг. По истечении 7-8 дней часть конструкции узла основания, выступающая над бетонной заливкой, должна быть покрыта двумя слоями битумной мастики, и после ее высыхания яму заполняют грунтом с утрамбовкой и сооружением отмостки, как это показано на рис. 10-III.

Приварка мачты к платформе является одной из наиболее ответственных операций, исправление которой практически невозможно.

К платформе (в месте приварки мачты) необходимо приварить муфту Ду-50. Приваренная муфта может обеспечить только положение мачты и ее удержание, но не обеспечивает ее перпендикулярность по отношению к платформе. Для обеспечения перпендикулярности необходимо, чтобы прямой уголок привариваемых косынок был проверен по слесарному угольнику и в случае необходимости доработан.

На мачту, уложенную на козлы, наворачивают платформу, мачту выставляют в горизонт, в угольнике освобождают место под приваренную муфту и закрепляют его на прихватках. Уровнем проверяют перпендикулярность платформы и мачты. Мачту с прихваченной платформой поворачивают на 180° и, убедившись, что перпендикулярность не нарушена, делают прихватку. Аналогичным образом устанавливают остальные косынки, после чего весь узел обваривают (рис. 9-1, 9-2, 9-3).

Рис. 10. Подъем и закрепление молниеотвода

Для соединения на петле узлов мачты и основания необходимо узел мачты подвесить на гаражной лебедке, как это показано на рис. 9-4, совместить отверстия и вставить ось (рис. 8, дет. 12).

Для подъема мачты необходима дополнительная съемная монтажная мачта. В качестве монтажной мачты используется труба Ду-50 (рис. 8, дет. 22). Длина выступающей части мачты за габариты платформы равна 4 м. Монтажную мачту к платформе крепят двумя стремянками (рис. 8, дет. 23), изготовленными из круглой стали диаметром 10 мм.

Монтаж одиночного стержневого молниеотвода содержит следующие технологические операции: подвешивание растяжек, подъем мачты и фиксирование ее в вертикальном положении, закрепление растяжек на якорях, натяжение растяжек и присоединение токоподвода от заземлителя к узлу мачты.
Верхние концы растяжек (рис. 8, дет. 24) крепят к кольцу с крючками, состоящему из трубы Ду-32 (дет. 25) с приваренными к ней тремя звеньями цепи, у которых срезаны с одной стороны закругленные части (дет. 26). Для предотвращения разгиба приваренных звеньев, сверху накладывают пластину (дет. 27), положение которой фиксируют тремя упорами (дет. 28).

К нижним концам растяжек приваривают шпильки с резьбой Ml2. Длина нарезанной части шпилек равна 150-200 мм. Шпильки пропускают через отверстия в швеллерах якоря (дет. 30). Для предотвращения деформации шпилек под гайку под-кладывают фигурные шайбы, изготовленные из трубы Ду-15 (дет. 29).
Якорь состоит из швеллера (дет. 30) любого номера, но желательно не менее № 10, и приваренной к нему поперечины того же профиля, длина которой 0,6-0,8 м. Для установки якоря необходимо отрыть котлован на глубину 0,5 м, забить швеллер, как это показано на рис. 8, после чего засыпать котлован грунтом с утрамбовкой последнего.
Вес растяжек при определении сил, действующих во время подъема, не учитывался ввиду его малой величины.

По окончании подъема и установки мачты в строго вертикальном положении, растяжки присоединяют к якорям и натягивают. Натяжение растяжек должно быть одновременным и равномерным, о чем можно судить по величине провиса каждой из них. В окончательном виде растяжки должны иметь небольшой, но одинаковый провис, что свидетельствует о равномерности натяга.

Подъем мачты производят с помощью лебедки, установленной в 15 м от молниеотвода и закрепленной на якоре, как это показано на рис. 10. Конструкция якоря с исполнительными размерами представлена на рис. 10-I. Учитывая, что якорь может быть использован в дальнейшем, например, при прокрашивании мачты, которое должно проводиться один раз в 3-5 лет, его сохраняют столько времени, сколько будет эксплуатироваться молниеотвод. Поэтому якорь нужно сооружать из металла, окрашивать битумной мастикой, что позволяет ему длительное время не терять прочности. Предлагаемая конструкция якоря этим требованиям отвечает.

Общая длина гибкой связи между лебедкой и мачтой составляет около 26 м, из которых во время подъема на барабан лебедки будет наматываться только 8 м троса. Из этого следует, что могут быть использованы строительные лебедки или ручные червячные детали, рассчитанные на высоту подъема 9 или 12 м. Из рис. 10 видно, что часть гибкой связи может быть выполнена не тросом, а звеном из проволоки, которое будет постоянно закреплено на мачте. При вертикальном положении мачты, нижнее кольцо звена будет находиться в двух метрах от земли, что облегчит отсоединение и присоединение троса.
Звено из проволоки представлено на рис. 10-V и 10-VI.

Можно использовать любой стальной трос, диаметр которого не менее 8 мм. Петли на тросе образуют с помощью зажимов, представленных на рис. 10-IV.
Количество зажимов при образовании петли должно быть не менее трех. Перед подъемом мачту устанавливают в наклонном положении, для чего необходимо на расстоянии 8 м от петли установить козел высотой в 1,75 м. В этом положении мачта будет находиться под углом 10° к горизонту.
Для определения правильности выбора параметров силовых элементов конструкции (троса, лебедки, оси, петель и др.) необходимо знать величины сил, действующих на эти элементы конструкции во время подъема мачты. С этой целью на рис. 10 представлено два положения мачты: в первоначальный момент подъема, когда мачта наклонена к горизонту под углом 10°, и в последующий, когда мачта поднята к горизонту под углом в 60°.

Сила натяжения троса Т будет распределяться на силу, действующую вдоль мачты М, и силу П, поднимающую мачту (направлена перпендикулярно к мачте).
Указанные силы, а также сила веса отдельных элементов конструкции, измеряются килограммами. Для определения этих сил произведем следующие вычисления.

Мачта состоит из пяти труб (рис. 8, дет. 1-5), каждая из которых имеет свой вес. Определим вес каждой детали мачты. В таблице 9 в колонках 2, 3, 4 и 5 представлен подсчет веса каждой детали, входящей в мачту. Длина каждой детали мачты указана на рис. 8, а вес одного погонного метра взят из справочников.

Промышленность выпускает трубы с различной толщиной стенки, рассчитанной на работу под разным давлением: легкие, обыкновенные и усиленные. Наиболее распространенными являются обыкновенные, вес которых и использован в расчетах. Точкой приложения силы веса каждой из рассмотренных деталей является центр ее симметрии - середина детали, а направление силы - вертикально вниз.

Сумма моментов сил, приложенных в направлении по часовой стрелке, складывается из произведений силы веса деталей на расстояние (плечо) от точки приложения силы до оси вращения.

Пример 5. Деталь мачты 5 имеет длину 5 м. Вес одного метра трубы - 4,38 кг. Вес всей трубы равен 4,38 х5 = 21,9 кг.

Точка приложения веса находится в середине трубы, то есть на расстоянии 2,5 м от оси вращения. Момент, образованный силой тяжести, равен 21,9 кг х 2,5 м = 54,75 кгм.

При подъеме мачты на 10° расстояние от оси вращения стало не 2,5, а 2,4 м и момент стал 21,9 кг х 2,4 м = 52,56 кгм. При подъеме мачты на 60° расстояние от оси вращения до центра тяжести стало 1,3 м и момент стал равен 21,9 кг х 1,3 м = 28,47 кгм. Моменты, образованные этой силой, направлены по часовой стрелке.

В колонках 6 и 7 таблицы 9 имеются подсчеты каждого из моментов, образуемых деталями мачты при ее наклоне на 10°, а в конце колонки 7 суммирован итог, равный 563,4 кгм.

В колонках 8 и 9 имеются аналогичные подсчеты каждого из моментов, образуемых деталями мачты при ее наклоне на 60°, а в конце колонки 9 суммирован итог, равный 288,07 кгм.

Подъем мачты производят, натягивая трос. Для того чтобы мачта пришла в движение (обозначим этим начало подъема), необходимо создать такое натяжение троса, чтобы момент, образуемый весом мачты, был меньше момента, создаваемого натяжением троса.

Определим силы П, Т и М в начале подъема, то есть при наклоне мачты на угол 10°.

Учитывая, что трос закреплен на расстоянии 10 м от оси вращения, сила, которая должна создать момент, равный 565,4 кгм, должна быть приложена в месте закрепления троса, направлена против движения часовой стрелки, перпендикулярно к мачте и равна П = 563,4 кгм: 10 м = 56,3 кг.

Зная силу П по величине и направлению, а силы Т и М по направлению, с помощью графических построений можно определить величины последних сил. Точность, с которой будут определены эти силы, зависит от масштаба построения (производить его лучше на миллиметровке).

Построение графика, подобно изображенному на рис. 9, целесообразно проводить в масштабе один метр в натуре - два сантиметра на чертеже, а построения для нахождения сил Т и М в масштабе 5 кг - один сантиметр на чертеже.

Для нахождения сил Т и М необходимо отложить в масштабе силу П и из конца этой силы провести линию, параллельную осевой линии мачты, до пересечения с линией направления троса. А из точки пересечения восстановить перпендикуляр к осевой линии мачты. В полученном прямоугольнике необходимо измерить длину сил, направленных вдоль троса (Т) и вдоль мачты (М) и с учетом масштаба установить величины этих сил. В разбираемом примере сила натяжения троса Т равна 160 кг, а сила, действующая вдоль мачты М, равна 140 кг. Таким образом, сила, действующая на трос, лебедку и якорь, равна 160 кг, на ось и болты крепления петель - 140 кг. Но трос выдерживает более 1500 кг, лебедка - более 250 кг, якорь - 500 кг, а усилие среза одного болта М12 равно 1300 кг (то есть в конструкцию заложен значительный запас).

Рис. 11. Определение глубины котлована под фундамент и определение длины ног

Аналогичным образом можно определить направление и величины этих сил при подъеме мачты на 60°, однако из анализа данных таблицы 9 следует, что наибольшее натяжение троса возникает в первоначальный момент, в силу чего такой расчет не требуется.

Перед окончанием подъема во избежание удара в момент соприкосновения платформ мачту необходимо удерживать за растяжки.

Подняв мачту и не ослабляя троса, закрепляют платформу с помощью болтов (рис. 8, дет. 14). Если мачта имеет небольшой наклон, положение ее можно исправить с помощью регулировки прокладками (рис. 8, дет. 11, 15). Болты крепления при этом ослабляют, а прокладки только вынимают, после чего производят присоединение растяжек к якорям и их натяжение.

Токоотвод служит для соединения молниеприемника с заземлителями. Все соединения токоотвода должны быть сварными. Частью токоотвода будет являться мачта с платформой. К ней приваривают токоотвод, идущий от заземлителей.

Для того чтобы приварка токоотвода к узлу мачты не разрушалась во время неоднократных подъемов и опусканий последней, рядом с местом приварки должно быть сделано двойное кольцо, как это показано на рис. 10-III. Диаметр токоотвода должен быть не менее 6 мм.

Заземлитель (в соответствии с ранее приведенным расчетом) должен состоять из трех электродов диаметром 12 мм, длиной 5 м, расположенных в заземляющем устройстве в ряд на расстоянии 5 м один от другого. Для сооружения заземляющего устройства необходимо откопать траншею глубиной около метра и длиной немного более 10 м. Для более легкого погружения в грунт концы электроводов отковывают на четыре грани, подобно сапожному шилу. А если необходимо пройти через твердые грунты (например, слой известняка), нужно приварить изношенное сверло несколько большего диаметра. Погружение электрода в грунт производят несильными ударами при постоянном проворачивании. После погружения конец электрода на длине 100 мм отгибают и к нему приваривают горизонтальный соединительный стержень.

Рис. 12. Стержневой электрод заземления: 1 - стержень; 2 - забурник

Электроды также могут быть изготовлены в соответствии с рис. 12. Электроды этого типа вворачиваются в грунт с помощью забурника, приваренного к концу электрода. В процессе погружения происходит разрыхление грунта вокруг электрода, в силу чего контакт электрода с землею ухудшается.
Отличительной особенностью сооружения молниезащитного устройства на металлической крыше является то, что она используется как молниеприемник. Все выступающие элементы строения, расположенные выше металлической крыши, должны иметь собственные молниеприемники, соединенные с токоотводом.

Рис. 13. Токоприемник печной трубы: 1 - печная труба; 2 - крыша; 3 - токоприемник

Молниеприемник печной трубы представлен на рис. 13, телевизионная антенна, установленная на металлической мачте, должна иметь заземление (металлическую мачту присоединяют к токоотводу), а для предохранения радиоустройств следует устанавливать грозовые переключатели и искроразрядники. При приближении грозы следует прекратить прием и заземлить антенну. Металлическая крыша строения должна быть соединена с заземляющим устройством с помощью то-коотвода, который прокладывают по коньку крыши и крепят к ней через каждые 15 м. Крепление токоотвода к крыше дома представлено на рис. 14. Спуски токоотводов с крыши должны располагаться в таких местах, чтобы к ним не могли прикасаться люди (например, вдали от крыльца, прикрытые кустарником и т.д.).

Заземлитель, перед присоединением его к системе молниезашиты, должен быть испытан.

Рис. 14. Крепление токоотвода к металлической крыше: 1 - металлическая крыша; 2 и 3 - пластины крепления; 4 - болты

Для измерения сопротивления заземляющих устройств выпускаются специальные приборы: МС-08 и М-416. При отсутствии их можно измерить сопротивление при помощи амперметра и вольтметра. Схема измерения представлена на рис. 15.

Как следует из схемы, кроме испытуемого заземлительного устройства, обозначенного Rx, необходимо на расстоянии 40 м от него установить вспомогательный заземлитель RB и на таком же расстоянии зонд Кз- Рекомендованные расстояния нужны для исключения взаимного влияния их полей растекания. В качестве зонда можно использовать небольшой штырь. Сопротивление заземлительного устройства определяется по формуле:

Где
V - напряжение, измеренное вольтметром;
J - ток в цепи.

Точность измерения тем выше, чем больше сопротивление обмотки вольтметра в сравнении с сопротивлением зонда R3, поэтому рекомендуется применять электростатический вольтметр.

Рис. 15. Схема измерения сопротивления заземляющего устройства при помощи амперметра и вольтметра: 1 - понижающий трансформатор; 2 - вольтметр; 3 - амперметр; R3 - зонд, Rx- испытуемое заземляющее устройство, RB - вспомогательное заземляющее устройство

Молниеприемник - часть молниеотвода(громоотвода).

(Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. CO-153-34.21.122-2003)

Молниеотвод (громоотвод ) - конструкция, устанавливаемая на зданиях и сооружениях и служащая для защиты от удара молнии.

Молниеприемник - часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

Заземлитель для молниеприемника.

Основополагающим Правилом для заземления является глава ПУЭ 1.7.
Производя монтаж заземления(искусственных заземлителей) для молниеприемника/ков, следует ДОПОЛНИТЕЛЬНО руководствоваться молниезащитой I-II-III категории - РД 34.21.122-87.
В которй прописаны допустимые конструктивные особенности - минимальное количество, расположение и длина вертивальных и горизонтального заземлителей.
Например, при наличии защиты(III категории) от молний в частном доме, придется установить, как минимум два вертикальных заземлителя длиной не менее 3м, разнесённых на расстояние не менее 5 метров и соединённых между собой горизонтальным проводником вместе с заземлителем электроустановки.
Если простыми словами - в загородном доме у электропроводки и молниезащиты должно быть общее заземление, состоящее не менее чем из двух вертикальных электродов.

Некоторые пункты из инструкции III категории - РД 34.21.122-87:

• 2.26....каждый токоотвод от стержневых и тросовых молниеприемников должен быть присоединен к заземлителю, состоящему минимум из двух вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м;
  ...Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки, указанным в гл. 1.7 ПУЭ
• 2.30. б) ..... При длине строения менее 10 м токоотвод и заземлитель могут быть выполнены только с одной стороны;

Требования для молниеприемников(CO-153-34.21.122-2003).

3.2.1.1. Общие соображения
Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо
их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта в последнем
случае они называются естественными молниеприемниками.
Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов:
стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток).

3.2.1.2. Естественные молниеприемники
Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как
естественные молниеприемники:
а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что: электрическая
непрерывность между разными частями обеспечена на долгий срок;
толщина металла кровли составляет не менее значения t, приведенного в табл. 3.2, если
необходимо предохранить кровлю от повреждения или прожога;
толщина металла кровли составляет не менее 0,5 мм, если ее необязательно защищать от
повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих
материалов;
кровля не имеет изоляционного покрытия. При этом небольшой слой антикоррозионной
краски или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия не
считается изоляцией;
неметаллические покрытия на/или под металлической кровлей не выходят за пределы
защищаемого объекта;
б) металлические конструкции крыши (фермы, соединенная между собой стальная
арматура);
в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю
крыши и т.п., если их сечение не меньше значений, предписанных для обычных
молниеприемников;
г) технологические металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла
толщиной не менее 2,5 мм и проплавление или прожог этого металла не приведет к
опасным или недопустимым последствиям;
д) металлические трубы и резервуары, если они выполнены из металла толщиной не
менее значения t, приведенного в табл. 3.2, и если повышение температуры с внутренней
стороны объекта в точке удара молнии не представляет опасности.

Молниеприемник - минимальные сечения:

Таблица 3.2 Толщина кровли, трубы или корпуса резервуара, выполняющих
функции естественного молниепрнемннка

Внимание.
Приведенные ниже схемы являются иллюстрацией и не могут без предварительного анализа реальных требований и расчетов использоваться при монтаже:

Молниеприемник укреплен над домом на верхушке специальной мачты или на элементе конструкции крыши (трубе, фронтоне и т. п.), конец пики молниеприемника работает тем эффективнее, чем он острее заточен. Однако слишком тонкое острие при ударе молнии может оплавиться, да и стойкость его к атмосферному воздействию невелика - быстро проржавеет. Поэтому приходится идти на компромисс и делать конец достаточно тонким, но и долговечным.

Применяющиеся на практике варианты оформления рабочего конца молниеприемника показаны на рис.
Возникает законный вопрос - а где гарантия того, что молния ударит именно в молниеотвод(громоотвод), а не рядом, в здание? Если мысленно представить себе конус с вершиной на острие молниеприемника и с углом при вершине примерно 90°, то все, что оказалось внутри конуса, находится под защитой молниеотвода(громоотвод) .

Приближенно можно считать, что если поперечник дома вписывается в окружность радиуса R, то молние-приемник должен возвышаться над стенами дома на высоту h(м) = R(m), а значит, от земли - на высоту Н = h + h o .Так, для квадратного сруба 10 х 10 м поперечник дома составит около 14 м, радиус зоны защиты R = 7 м.

Теперь о крыше. Если она вся помещена в конус, то проблемы нет. Но если, скажем, крыша двускатная, ее фронтоны не впишутся в защитный конус.

Можно бы поднять молниеприемник повыше, но это слишком лобовое, пораженческое решение. Лучше проблему обойти. Например, если поставить два молниеотвода(громоотвод), их конусы охватят всю крышу. Кстати, для длинного узкого дома это тоже хорошее решение: оно позволит уменьшить высоту конструкции по сравнению со случаем одной мачты. Можно создать отдельную защиту углов крыши маленькими молниеотводами(громоотвод). Вообще говоря, металлическая крыша сама может служить молниеприемником(CO-153-34.21.122-2003. - 3.2.1.2. Естественные молниеприемники). Если использовать ее в этом качестве(с учетом требований - 3.2.1.2.Естественные молниеприемники), то необходимо оба ската соединить томоотводами с заземлителями.

В большинстве случаев молния действует предсказуемо, несмотря даже на полную непредсказуемость этого природного явления – она не выбирает цель, а бьет непосредственно в самый высокий предмет. В общем, если ваш дом является самым высоким строением в радиусе 200-300м, то молниеотвод окажется не лишним дополнением к вашему дому. Именно он убережет вас от неприятных, а иногда очень опасных исходов, связанных с прямым попаданием молнии в дом. О нем и пойдет речь в этой статье, в которой вместе с сайтом сайт мы ответим на следующие вопросы: какие бывают молниеотводы, как они устроены и как изготавливаются своими руками?

Молниеотвод фото

Молниеотвод: разновидности и их конструкции

В принципе, конструкция молниеотвода представляет собой бесхитростный механизм, состоящий из трех простейших частей, изготовить которые самостоятельно и собрать в единую систему не представляет никаких сложностей.

1. Приемник молнии – это железный элемент, поднимаемый на несколько метров выше крыши строения. Размещаться он может как непосредственно на самом строении, так и рядом с ним, неподалеку.
2. Токоотвод. По сути, это толстая стальная или медная жила, по которой ток, полученный от разряда попавшей в приемник молнии, передается в контур заземления.
3. Заземляющий контур. Его назначение простое – именно с его помощью разряд молнии передается в землю, где он и гаснет, не причиняя постройкам и человеку никакого вреда.

Так устроены все виды молниеотводов без исключения. Причем два элемента этого устройства все время остаются неизменными – это токоотвод и . На разновидности этих приспособлений оказывает влияние исключительно конструкция приемника молний, о которых мы и поговорим дальше.

1. Стержневой молниеприемник. Это устройство знакомо практически всем жителям частного сектора – оно представляет собой обыкновенную металлическую мачту, поднятую на пару метров над верхним краем . Такая мачта может стоять как на крыше дома, так и немного в стороне от постройки или рядом, вдоль стены дома. Фактически отдельно стоящий молниеприемник в плане изготовления более простой – сама мачта одновременно является и приемником грозовых разрядов и токоотводом. Она напрямую подключается к контуру заземления самым что ни на есть жестким способом (сваркой).

   

   Стержневой молниеотвод фото

2. Линейный, или, как его еще называют, тросовый молниеотвод. Чтобы проще было понять о чем идет разговор, этот молниеприемник можно представить в виде натянутой между двумя небольшими мачтами проволоки или троса – отсюда и его название. В чем основное отличие такого устройства от обычной мачты? В возможности полностью улавливать все разряды молнии, не позволяя даже малой их части попадать на металлические элементы строения. В большинстве случаев такой молниеприемник соединяется с контуром заземления посредством отдельной мощной токоотводящей жилы – это может быть либо медный большого сечения, либо металлическая полоса или прут.

   

   Тросовый молниеотвод фото

3. Сетчатый приемник молний. Его суть заложена в самом названии – такой токоприемник укладывается непосредственно на крышу дома. Сверху из толстых токопроводящих жил создается полноценная сетка, которая и принимает на себя все разряды молнии. Дальше все стандартно – посредством токоотводящего кабеля или толстой стальной полосы (либо прутка) разряды статического напряжения направляются в контур заземления, где и рассеиваются, не причиняя вреда строению.

   

   Сетчатый молниеотвод фото

Этих основных конструкций улавливателей молнии вполне достаточно для того, чтобы полностью защитить свой дом от такого природного явления, как молния.

Молниеотвод в частном доме и его контур заземления

По большому счету, заземление молниеотводов устроено аналогичным образом, как и контур заземления самого дома – здесь следует сразу понять один момент, что эти два контура не должны быть связаны между собой – это два отдельных элемента. Подключив молниеотвод к контуру заземления дома, вы рискуете в один момент потерять не то что все электрооборудование, а и вообще весь дом целиком – для защиты от грозовых разрядов придется оборудовать отдельное заземление.

Изготавливается оно практически точно так же, как и заземление дома, за исключением некоторых отличий.

Как видите, между контуром заземления дома и такой же частью молниеотвода общий только принцип – требования к этим элементам защиты разнятся. Еще один момент, объединяющий эти две системы, заключается в глубине их залегания – верхняя часть контура располагается на глубине 500-800мм над поверхностью грунта.

Устройство молниеотвода: как соединить заземление и приемник молний

Токоотводящая или, правильнее сказать, токопередающая часть молниеотвода является не менее важным элементом, чем его заземление и сам приемник молний – вы только представьте, что случится с домом, если этот элемент устройства просто не выдержит нагрузку и сгорит. В таком случае все грозовые разряды попадут в дом, и тогда от беды может спасти только чудо. Именно по этой причине к токопроводящей шине следует отнестись не менее серьезно, чем ко всему другому. Здесь имеется всего два важных момента, которые нужно соблюсти, как говорится, беспрекословно.

Что же касается крепления токоотводящей жилы к стенам строения, то здесь используются пластиковые клипсы. В идеале, чтобы сохранить молниепровод в целостности в течение долгого времени, его лучше изолировать от окружающей среды, поместив в обыкновенный кабель канал.

В принципе, это все, остается добавить не так уж и много. А именно о таких моментах, как молниезащита отдельных элементов крыши. Если имеется , то вокруг него нужно намотать хотя бы пару витков отводящей ток жилы и соединить ее с общим молниеотводом. Также в защите нуждаются и все элементы кровли, изготовленные из металла – к примеру, отводящие воду желоба и трубы. Только в таком случае изготовленный самостоятельно молниеотвод будет являться надежной защитой дома от грозовых разрядов.

Типы и устройство молниеотводов

Молниеотвод - устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. В быту также употребляется некорректное, но более благозвучное «громоотвод».

Во время грозы появляются большие индуцированные заряды, и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд.

Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.

Здания и сооружения защищают от прямых ударов молнии различными по конструкции молниеотводами. Но любой из молниеотводов включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода.

В зависимости от конструкции молниеприемника различают молниеотводы:

Стержневые

Тросовые

Сетчатые

Комбинированные.

По числу совместно действующих молниеприемников их делят на:

Одиночные

Двойные

Многократные.

Кроме того, по месту расположения молниеотводы бывают:

Отдельно стоящие

Изолированные

Не изолированные

Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95%) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии.

Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые молниеотводы.

Молниеприемник стержневого молниеотвода представляет собой вертикально расположенный стальной стержень любого профиля длиной 2… 15 м и площадью поперечного сечения не менее 100 мм 2 , укрепленный на опоре, расположенной, как правило, не ближе 5 м от защищаемого объекта. Молниеприемник соединяют с заземлителем токоотводом, выполненным из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, а в случае прокладки токоотвода в земле - не менее 10 мм. При устройстве молниеприемников непосредственно на крыше здания выполняют как минимум два токоотвода, а при ширине крыши более 12 м - четыре. Если длина защищаемого объекта более 20 м, то на каждые последующие 20 м длины требуется устанавливать дополнительные токоотводы; при ширине здания до 12 м - на обеих сторонах здания. Все соединения (молниеприемник - токоотвод, токоотвод - заземлитель) следует сваривать. В качестве стержневых молниеотводов необходимо максимально использовать существующие вблизи защищаемого объекта высокие сооружения: водонапорные башни, вытяжные трубы и т.п. Деревья, растущие на расстоянии не более 5 м от зданий III…V степеней огнестойкости, также можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания напротив дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземлителю молниеотвода.

Тросовые молниеотводы чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти молниеотводы изготовляют в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм 2 . Следует отметить, что стержневые и тросовые молниеотводы обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.

В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150мм 2 , с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводящей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков - специально наложенные на трубы проволочные кольца .

Заземлители МЗС

МЗС нужен, чтобы отвести в землю ток молнии после ее удара в молниеприемник. Но для этой цели нет нужды в специальном контуре заземления. Току молнии некуда деваться. Он безо всякого заземлителя растечется в грунте после удара молнии в поверхность земли или, например, в дерево.

Может быть при низком сопротивлении заземления молниеотвод эффективнее притягивает молнию? Теория и эксперимент дают здесь отрицательный ответ. Для притяжения молнии важен рост плазменного канала от вершины объекта, так называемого встречного лидера. Развитие лидера сопровождается током через сопротивление заземления молниеотвода и на нем теряется напряжение. Однако потеря очень мала, потому что этот ток вряд ли превышает 10 - 20 А. Даже на сопротивлении заземления Rз = 000 Ом потеря напряжения составит 10 - 20 кВ - величина пренебрежимо малая по сравнению с потенциалом 20 - 100 кВ, который несет к земле канал молнии. Итак, рассмотренные причины отпадают. Остается одно - безопасность процесса растекания тока молнии в земле. При ударе в молниеотвод ток молнии может превысить 100 кА. Даже в случае качественного заземления молниеотвода с сопротивлением заземления Rз ~ 10 Ом речь пойдет о напряжении порядка 1000 кВ. Столь сильный подброс напряжения становится причиной больших напряжений. Прикосновения к металлоконструкциям молниеотвода, на достаточно большом расстоянии от молниеотвода возникают опасные шаговые напряжения, между зеземлителем и подземными коммуникациями (например, кабелями цепей управления) действуют высокие напряжения, достаточные для искрового пробоя грунта и ввода в эти коммуникации значительной доли тока молнии. При очень высоком напряжении возможен даже искровой пробой по воздуху на металлоконструкции объекта, которые этот молниеотвод призван защищать .