Как соорудить громоотвод своими руками — подготовка и монтаж. Как устроен молниеотвод Молниеотвод устройство и физические особенности

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.

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.
Токоотвод. По сути, это толстая стальная или медная жила, по которой ток, полученный от разряда попавшей в приемник молнии, передается в контур заземления.
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.

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
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
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.

Если рассматривать статистику погибших людей от ударов молнии, то это количество больше, чем жертв в авиационных катастрофах. Молния каждый год уносит несколько тысяч жизней, а также наносит многомиллионный материальный ущерб. Каждый владелец дачи или собственного дома знает, что защитить свое имущество и родственников можно только самому. Поэтому молниеотводы лучше изготавливать самостоятельно.

Самодельные молниеотводы нормально работают, что подтверждается на практике. Такие устройства имеют и другое название – громоотводы. Гром никакого вреда не наносит, кроме громкого звука. А для защиты от молнии необходимо сооружать некоторую конструкцию.

Удар молнии обычно приходится в конструкцию с максимальной высотой, которая встречается на ее пути. Опасным местом во время грозы является жилой дом или другая постройка из-за наличия в них металлических элементов – крыша, телевизионная антенна и т.д. Жильцы городских квартир могут не беспокоиться, так как большинство многоэтажных домов уже имеют молниеотводы.

Если рядом с домом имеется вышка сотовой связи, то в устройстве молниеотвода нет необходимости. Во всех других случаях целесообразно все-таки обезопасить свой дом. Если вызывать для таких работ специалистов, то это обойдется вам недешево. Но если разобраться с устройством системы молниеотвода, то можно все сделать самостоятельно.

Виды и особенности устройства

На рисунке изображено устройство системы молниеотведения.

Существует несколько видов молниеотвода, но основные их части одни и те же:

Молниеприемник.
Токоотводящее устройство.
Заземление.

Виды молниеприемников

Верхняя часть этой защитной системы называется молниеприемником.

Стержневой приемник молнии заострен на конце. В него ударяет молния во время грозы. Оптимальным вариантом изготовления приемника молнии является медный штырь диаметром 15 мм. Он должен быть расположен достаточно высоко, однако слишком высокий приемник будет притягивать к себе электрические разряды молнии.Стержневые молниеотводы наиболее эстетичны, в отличие от тросового, но обеспечивают меньший защитный радиус на участке. От высоты металлического штыря зависит величина защищаемого пространства.

Тросовый приемник способен защитить большую площадь участка, в отличие от стержневого молниеприемника. Тросовые конструкции используются в устройствах линий электропередач. В них вместо металлических штырей применяют трос, который соединяется с другими элементами болтовым соединением.

Сетчатый приемник молнии изготавливается в виде металлической сетки на крыше дома.

Токоотводы

Следующей частью системы отведения молнии является токоотвод, состоящий из толстых , закрепленных специальными муфтами к приемнику молнии и заземляющему контуру. Для крепления его на стене применяются пластиковые крепежные элементы. Токоотвод необходимо изолировать от воздействия внешней среды. Для этого обычно используют пластиковый .

Заземление

Основные элементы заземления находятся в грунте. Заземлитель состоит из металлических стержней, сваренных между собой, либо скрепленных болтами.

Заземление системы отведения молнии является важной частью всей конструкции. Этот заземляющий контур аналогичен устройству заземления дома. Важным требованием при этом является то, что эти два разных контура заземления ни в коем случае не должны соединяться. Иначе во время грозы бытовые электрические устройства могут выйти из строя, либо возникнет возгорание деревянного дома от разряда молнии.

Требования к заземлению системы отведения молнии

Металлические штыри, вставленные в грунт, должны быть длиной не меньше трех метров.
Сечение металлических штырей – не менее 25 мм 2 .
Штыри соединяются между собой треугольником, что является отличием от обычного заземления дома.
Между вершинами треугольника должно быть расстояние не менее 3 метров.
В качестве соединительных шин допускается применять металлический пруток диаметром не меньше 12 мм или полосу сечением 50 х 6 мм.
Длина сварных швов не должна быть меньше 20 см.
Для заземления молниеотводов устанавливается минимальная глубина над поверхностью земли 50 см.

Место для заземления

К этому вопросу следует подходить с наибольшим вниманием и аккуратностью. Заземляющие электроды не должны устанавливаться в местах нахождения животных, или возле детских площадок. Также нельзя располагать эти элементы возле скамеек или дорожек.

Лучше заземление будет работать во влажном грунте. Чтобы поддерживать работу заземления, можно самостоятельно создавать для этого условия, периодически поливая место заземления водой. Если нет возможности полива этого места, а почва в вашей местности слишком сухая, то рекомендуется при установке в почву электродов заземления посыпать их смесью соли и древесного угля.

Как работают молниеотводы

Чтобы разобраться в принципе действия системы отведения молнии, следует представить большой конденсатор, который постоянно заряжается. Его обкладками будут облака и земля. При наступлении грозы обкладки этого большого конденсатора начинают электризоваться между собой, и накапливать заряд. При достижении разницы напряжения между обкладками, равному напряжению пробоя молнии, возникает сильный разряд молнии, достигающий нескольких миллиардов вольт.

Чтобы заряд не накапливался, необходимо замкнуть этот конденсатор на землю. Таким замыкающим проводником и являются молниеотводы. Поэтому при грозе происходит разряжение конденсатора и обкладки не могут накопить заряд, а напряжение в молниеотводе уменьшается до нуля. Другими словами, система отведения молнии создает условия, в которых не способен возникнуть электрический разряд молнии, так как накапливаемый заряд отводится в землю.

Особенности самостоятельной установки молниеотвода

Молниеотводы рекомендуется изготавливать из материалов, не подверженных коррозии. Для этого применяется оцинкованный уголок, луженая жесть, профиль из дюралюминия, или сетка из неизолированной медной проволоки. Соединяющие проводники должны иметь необходимое сечение. Молниеприемник нельзя покрывать лакокрасочными материалами или другой изоляцией.
Для удобного расположения молниеотвода можно использовать высокое дерево, находящееся вблизи дома. Чтобы не причинять вред дереву, приемник молнии можно закрепить на длинном деревянном шесте, который фиксируют на дереве с помощью , и располагают на максимальной высоте.
Если дерева нет, то можно использовать для крепления молниеприемника телевизионную антенну, которая закреплена на крыше дома.
Другим способом установки является печная труба, к которой можно закрепить металлический штырь и соединить его с заземлением.

Техническое обслуживание

Чтобы система молниеотвода работала без нареканий, необходимо обслуживать его конструкцию для поддержания в рабочем состоянии. Металлический штырь, играющий роль приемника молнии, необходимо чистить обычными чистящими средствами в виде наждачной бумаги или других аналогичных средств, чтобы предотвратить образование окиси и удалить загрязнения.

В засушливые времена необходимо периодически увлажнять почву в месте закладки контура заземления.

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.

Рис. 1 - Молниеодвод стержневого типа

Конструкция молниеотвода:

Молниеприемник стержневого типа (1).
Несущая конструкция (2).
Токоотвод (3).
Заземляющее устройство (4).

Молниеприемник представляет собой главную "цель" для молнии. Поэтому данный элемент рассчитан на то, чтобы выдерживать воздействия мощных импульсных токов молнии, а также значительные механические нагрузки. На несущую конструкцию молниеотвода (громоотвода) устанавливается молниеприемник и крепится токоотвод. Все части громоотвода объединены в прочную и жесткую конструкцию, способную отлично противостоять ветровым нагрузкам, а также прямым ударам молнии. Благодаря несущей конструкции громоотвода, имеющей достаточную механическую прочность и повышенной устойчивостью, исключается падение молниеотвода на энергооборудование и аппаратуру электрических подстанций.

При помощи токоотвода осуществляется соединение молниеприемника и заземляющего устройств: именно токоотвод обеспечивает прохождение импульсных грозовых токов от молниеотвода до заземляющего устройства. Поэтому токоотвод изготавливается с большим запасом прочности, с учётом запредельных тепловых и электродинамических перегрузок, источником которых является ток молнии. Заземляющее устройство необходимо для отвода разряда в землю и уменьшения до приемлемого уровня разности потенциалов в элементах молниеотвода.

Качество молниезащиты энергообъектов в напрямую связано с состоянием заземляющего устройства, а также его конструктивного исполнения. В реальных условиях заземлители могут находиться в различных условиях: сухая почва или влажный грунт, пропитанный солями и кислотами, которые оказывают основное влияние на электропроводимость земли. В тоже время кислоты и соли способствуют усиленной электрохимической коррозии металлических частей заземлителя. Поэтому подбор эффективных материалов и выбор оптимальной конструкции заземляющего устройства должен проводиться с учётом реальных условий, в которых заземляющее устройство будет эксплуатироваться.

Для защиты энергообъектов применяются молниеотводов с опорными конструкциями из дерева, железобетона и металла. Стержневые громоотводы на деревянных опорах чаще всего используются для обустройства молниезащиты энергообъектов подстанций с рабочим напряжением порядка 20...35 кВ. Данный тип молниеотводов имеет высоту до 25 метров и состоит из деревянной опоры (поз. 1) и железобетонных приставок (поз. 2).

На Рис. 2 продемонстрированы классические конструкции громоотводов с деревянными опорными элементами. При высоте молниеотвода свыше 12 метров деревянные опоры имеют составную конструкцию. Для изготовления стоек применяется хвойные породы дерева: сосна, ель, пихта, лиственница с диметром ствола в верхней части более 120 мм. Для продления срока службы опоры обрабатываются специальными составами с антисептирующими свойствами. Особой долговечностью отличаются опоры из лиственницы: таёжная древесина зимней рубки практически не подвержена гниению и может использоваться без дополнительной обработки.

Рис. 2. Конструкции стандартных молниеотводов с деревянными опорами и приставками из железобетона (1 – стойки из дерева; 2 – приставки из железобетона; 3 – молниеприемники).

Для изготовления молниеприемников (поз. 3) применяется сортовой прокат любого профиля, который имеет поперечное сечение более 100 мм2. Рабочая часть молниеприёмника имеет высоту не более 2 500 мм (от места крепления к опоре и верха). Если для молниеприёмника используются металлические трубы – верхний торец трубы наглухо заваривается или закрывается пробкой из металла.

На Рис. 3. показана схема закрепления трубчатого молниеприёмника на деревянную стойку. Для исключения коррозии необходимо все металлические части громоотвода окрашивать защитными красками или применять оцинкованные материалы.

Рис. 3. Способы крепления элементов молниеприемника к деревянной опоре молниеотвода (1 –труба 3/4"; 2 – металлическая скоба; 3 – токоотвод из кругляка; 4 – держатель; 5 – шайба).

Стержневые молниеотводы, смонтированные на деревянные опоры, оснащаются молниеприёмниками различного профиля. Для безопасного пропускания импульсных токов рекомендуется изготавливать молниеприемники из стального проката, который имеет диаметр более 6 мм (круглые стальные прутки) или толщину более 4 мм (угловая или полосовая сталь с поперечным сечением свыше 48 мм2). Крепление тоководов к деревянным опорным стойкам осуществляется посредством специальных скоб. Отдельные части токоотвода соединяются с помощью сварки. Аналогичным способом выполняется соединение токоотвода с молниеприёмником и заземляющим устройством.

Установка молниеотводов на деревянных опорах с использованием деревянных приставок оказалась неэффективной. В песчаных и суглинистых грунтах деревянные части быстро приходили в негодность. Поэтому в настоящее время рекомендуются только железобетонные приставки: прочные и надёжные они отличаются большим сроком службы в сложных условиях. Стержневые громоотводы высотой до 12 метров монтируются на одну железобетонную приставку, а молниеотводы высотой свыше 12 метров устанавливаются при помощи двух приставок из высокопрочного железобетона.

Для создания молниезащиты энергообъектов электрических подстанций (6-35 кВ) применяются стандартные молниеотводы, размещённые на деревянных стойках с приставками из бетона не меньше М 200 и стальной арматуры (СтЗ, Ст5). В поперечном сечении приставки могут иметь форму прямоугольника, круга, трапеции, двутавра или быть многогранными. Соединение железобетонных приставок с деревянными стойками выполняется с использованием скоб с болтами или проволочных бандажей. Опоры заглубляются в землю на глубину 2 000 ...2 500 мм.

Заземляющие устройства для молниеприемников на деревянных стойках выполняются из высококачественных конструкционных сталей. Стандартами установлены следующие размеры минимального сечения (толщины) заземлителей:

Стальные прутки круглого сечения диаметром не менее 6 мм.
Полосы прямоугольного сечения – площадь поперечного сечения 48 мм2, толщина полосы 4 мм,
Уголковая сталь – площадь поперечного сечения 48 мм2, толщина стороны 4 мм,
Стальные газовые трубы – минимальная толщина стенок 3,5 мм.

Чаще всего для изготовления заземляющих устройств применяются следующие типы материалов:

Полосовая сталь толщин 4 мм, ширина 20-40 мм.
Уголковая сталь марки Ст5 и Ст6.
Стальные трубы диаметром от 50 ...до 80 мм.

Молниеотводы стержневого типа, установленные на ж/б опоры, обладают прочной железобетонной конструкцией и оснащаются металлическим молниеприемником. Ранее использовались стандартные молниеотводы высотой до 16 метров на стойках из сборных ж/б изделий (Рис. 4). Для изготовления 12-ти метровых стоек использовался металлический прокат в форме шестигранника. В верхней части опоры приваривались металлические плиты, предназначенные для размещения молниеприемников круглого сечения, изготовленных из стальных труб. Для защиты от коррозионных процессов молниеприемники покрывались специальной краской или оцинковывались.

Рис. 4. Конструкции стержневых молниеотводов на сборных ж/б опорах (14 ...22 метра)

При высоте опор более 18 метров используются стандартные 12-ти метровые стойки, присоединяемые к железобетонными приставкам (7,5 м). В точках контакта стоек железобетонных опор с приставками к металлической арматуре привариваются стальные плиты. При помощи этих плит производится скрепление стоек с железобетонными приставками. Через отверстия приставки и стойки (Рис. 4) пропускается сквозной болт, который служит монтажным приспособлением и обеспечивает безопасную установку стойки опоры на железобетонные приставки. В настоящее время для стержневых молниеотводов на железобетонных опорах используются унифицированные изделия из стандартного железобетона, которые специально предназначены для установки опор высоковольтных ЛЭП (Рис. 5).

Рис. 5. Конструкции молниеотводов стержневого типа на железобетонных опорах (а – опоры изготовлены из вибробетона; б - для изготовления опор использован центрифугированный высокопрочный бетон).

Молниеотвод без прожекторной площадки (а):

2 – железобетонный подпятник.
3 – оголовок металлический.

Молниеотвод оснащённый прожекторной площадкой (б):
1 – несущая конструкция железобетонной стойки.
2 – железобетонный подпятник.
3 – оголовок металлический.
4 – конструктивный крепёжный элемент.
5 – металлическая часть стойки.
6 – металлический молниеприемник.
7 – площадка с осветительной аппаратурой.
8 – части ограждения прожекторной площадки.
9 – металлическая лестница.
10 – элементы крепления лестницы.

Железобетонные стойки изготавливаются из высокопрочного бетона марки М-300 и выше с металлической арматурой из стали марки СтЗ и Ст5. Для снижения веса стойки опоры внутренняя часть выполнялась полой. Металлическая арматура, расположенная внутри железобетонных стоек и приставок, представляет собой цельную конструкцию и выполняет функции токоотвода. В нижней части стойки (2,5...3 метра от нижнего конца стойки) делается металлический вывод, присоединённый к металлической арматуре. Данный элемент предназначен для соединения металлической арматуры и заземлителя громоотвода. Заземляющие устройства железобетонных молниеотводов стрежневого типа аналогичны заземлителям молниеотводов на деревянных опорах.

Для комплексной и надежной защиты подстанций от прямых попаданий молнии используются стержневые молниеотводы с удлиненными стальными и железобетонными опорами (до 40 м). На электроподстанциях необходимо обеспечить равномерное и достаточное освещение ОРУ и прилегающей территории. Для этого на их территории монтируются осветительные прожектора, размещенные на высоте порядка 10...15 метров. На Рис. 6 показаны громоотводы стержневого типа на железобетонных опорах с прожекторной площадкой (а) и без неё (б).

Стержневые молниеотводы на железобетонных опорах имеют несущую конструкцию на основе полой железобетонной стойки конусообразной формы. В нижней части диаметр стойки равен 800 мм, в верхней части он составляет 500 мм. В качестве токоотвода используется стальная арматура. На верхнем торце стойки устанавливается оголовок (3) и металлическая стойка (5), скреплённые при помощи крепёжного элемента (4). Металлическая стойка изготавливается в форме решётчатой конструкции из стальных уголков (36*4 ...50*5 мм). Длина молниеприемника (6) составляет 5 710 мм; диаметр в верхней части 26 мм. На отметке 710 мм молниеприёмник приварен к стойке. Для повышения общей жесткости молниеприёмника на длине 2 000 мм от верней части опоры к наружной поверхности молниеприёмника по окружности приварены металлические полосы (50*6 мм).

Установка в грунт производится на отметке 3 300 мм: в нижней части опоры закрепляется подпятник (2), закрывающий полую часть. На уровне 200 мм от поверхности земли закрепляется металлический элемент, соединённый с арматурой железобетонной стойки. Данный конструктивный элемент служит в качестве звена, соединяющего молниеотвод и заземляющее устройство.На Рис. 6 (б) показан стержневой молниеотвод с железобетонной опорой и прожекторной площадкой (7).

Конструкция молниеприёмника, железобетонной и металлической стойки (5) аналогичны молниеотводу без прожекторной площадки. Но в отличие от последней, имеется площадка для установки осветительной аппаратуры (7), металлическое ограждение (8) и лестница для обслуживающего персонала (9). Прожекторная площадка изготовлена из стального кругляка толщиной 12 мм. Лестница состоит из уголковой стали (40*4 мм и 50*4 мм), для ступеней использован круглый стальной прокат диаметром 16 мм. Ограждение площадки сформировано из уголков размером 50*4 мм и круглой стали диаметром 20 мм. Железобетонные опоры размещены на глубине 3 500 мм.

Молниеотводы на металлических опорах нашли широкое распространение для защиты электрических подстанций. Основные конструкционные элементы выполняются из высокопрочного стального проката: уголка и полос. Для защиты коррозии наружные металлические поверхности покрываются двумя слоями защитного лака с алюминиевой пудрой (примерно 20%). Молниеотводы стержневого типа размещают отдельно (с собственной системой заземления) или на конструкциях открытых распределительных устройств с соединением с общей системой заземления.

Практический опыт эксплуатации стержневых молниеотводов, размещенных на крышах зданий и сооружений, показал неэффективность подобных решений. Данные конструкции приводят к ускоренному износу кровельных материалов и требуют дополнительных затрат при проведении сервисных и ремонтных работ. В этой связи в настоящее время не установк стержневых молниеприемников на крышах зданий не выполняется.

Рис. 7. Молниеотводы стержневого типа, размещённые на металлических опорах: а – молниеотвод тросовой конструкции; б – несущая конструкция стержневого молниеотвода.

На рис. 7 показаны несущие конструкции стандартных молниеотводов, собранные из отдельных 5-метровых секций. Размерный ряд молниеотводов включает несколько видов: от 10-метровой конструкции (2 секции) до 50-метровой конструкции, в состав которой входит металлический молниеприёмник. Как правило при установке стержневого молниеотвода на нем выполняют площадки для установки освещения. Сейчас применяются стержневые молниеотводы на металлических опорах двух видов: с прожекторной площадкой и без прожекторной площадки.

На Рис. 8 показаны типовые конструкции молниеотводов стержневого типа без прожекторной площадки (а) и с площадкой для размещения прожекторного оборудования (б). Для несущей конструкции молниеотвода без прожекторной площадки применяется высокопрочный стальной прокат с размером уголка от 50*4 до 80*6 мм. Тросостойка (поз. 2) собрана из угловой стали 36*4...50*5 мм. Пятиметровый молниеприемник (поз. 3) изготовлен из круглого стального стержня, диаметр которого составляет 24 мм. В своей нижней части молниеприемник имеет рёбра жесткости (стальные полосы 50*4 мм, приваренные под углом 120° по всей окружности).

Для несущей конструкции стрежневого молниеотвода, имеющего прожекторную площадку, использована угловая сталь, с размером сторон от 65 до 110 мм и толщиной металла 5...8 мм. Из угловой стали 36*4...50*5 мм изготовлена металлическая тросостойка (поз. 2). Пятиметровый молниеприемник (поз. 3) имеет одинаковую конструкцию для стержневых молниеотводов обоих типов (Рис. 8а и Рис.8б). Прожекторная площадка (поз. 4) изготовлена из стального кругляка диаметром 12 мм.

Для металлического ограждения прожекторной площадки (поз. 5) использованы стальные уголки 50*4 мм и круглый прокат диаметром 20 мм. Металлическая лестница (поз. 6) изготовлена из угловой стали (40*4 и 50*4). Её ступени выполнены из кругляка диаметром 16 мм. Одиночные стержневые молниеотводы на металлических опорах всегда монтируются на прочных ж/б фундаментах. В качестве токоотводов применяются несущие стальные конструкции.

Для полноценной защиты энергообъектов современных подстанций используются молниеотводы (громоотводы) с несущими элементами из стального проката (уголки и полосы). Чаще всего конструкция громоотвода состоит из цельнотянутой стальной трубы или более сложной системы из нескольких труб различного диаметра. При высоте молниеотвода свыше пяти метров его основание выполняется в виде решётчатой конструкции из стальных уголков.

Рис. 8. Молниезащита электрических подстанций. Стержневые молниеотводы с металлическими опорами.

Соединение стержневых молниеотводов к конструкциям ОРУ производится разъёмными (хомуты и прочие крепежные элементы) и неразъёмными способами (сварные соединения).

Металлические конструкции современных молниеотводов, используемых для создания комплексной молниезащиты электрических подстанций и других энергообъектов, эффективно выполняют функции токоотводов. Как правило, молниеприёмники громоотводов монтируют на крышах зданий и строений. Чаще всего применяются сетчатые молниеприёмники: металлические сетки эффективной площадью до 150 квадратных метров.

Для изготовления сетки используются стальные прутки толщиной от шести до семи миллиметров. Для обеспечения свободного стока дождя и снега с поверхности кровли молниеприёмники сетчатого типа укладывают между стяжкой крыши и слоями защитной гидроизоляции и теплоизоляции. На Рис. 9. показаны типовые схемы сетчатых молниеприёмников. Для изготовления тоководов применяется стальной прокат в виде прутьев (толщиной от 6 мм) и полос (минимальное сечение 48 мм2 и толщина более четырёх миллиметров).

Рис. 9. Конструкции молниеприемников сетчатого типа (указаны размеры для объектов II категории; размеры в скобках для объектов III категории)

Если система молниезащиты установлена на здании с металлической крышей, то сами листы будут служить в качестве молниеприёмников.
Для подключения токоотводов к листам металлической кровли применяются специальные прижимающие устройства (Рис. 10).

Рис. 10. Конструкция зажима для присоединения молниеотвода к кровле из металлических листов:

Н открытых электрических подстанциях молниеотводы стержневого типа устанавливаются непосредственно на ОРУ или рядом с силовым оборудованием. В первом случае для заземления молниеотводов они соединяются с заземляющим устройством ОРУ, а во втором случае молниеприемники имеют собственное заземление, не связанное с контуром заземления ОРУ.

Заземляющие устройства на электрических подстанциях предназначены для следующих целей:

Создание безопасных условий для обслуживающего персонала (защитное заземление).
Присоединение нейтрального провода генераторов и трансформаторов (защитное рабочее заземление).
Подключение технических средств грозозащиты (разрядников, молниеотводов, громоотводов).

С вышеперечисленными функциями успешно справляется общее заземляющее устройство, характеристики которого подбираются в соответствии с наиболее строгими требованиям. На энергообъектах подстанций защитное заземление является приоритетным по отношению к другим видам заземляющих устройств. Оно полностью удовлетворяет актуальным требованиям к системам грозозащиты и обеспечивает безопасные условия работы для технического персонала энергообъектов подстанций.

Обслуживающий технический персонал электрических подстанций может подвергнуться опасности в случае повреждения защитной изоляции, при этом возникает короткое замыкание, ток которого (Iкз), проходит через заземляющее устройство. На Рис. 11 в виде схемы показан масляный выключатель с металлическим баком, присоединённый к заземляющему устройству (сопротивление заземлителя равняется Ra).

1 – кривая распределения разности потенциалов; 2 – кривая распределения значений напряжения прикосновения.

При пробое изоляции масляного выключателя через элементы заземляющего устройства пойдёт ток Iз. В радиусе 20 м от заземляющего устройства каждая точка будет иметь разность потенциалов. Кривая 1 наглядно демонстрирует распределение разности потенциалов на поверхности земли. На корпусе бака выключателя и на заземляющем устройстве будет потенциал:

Если человек прикоснётся к корпусу бака то на его руках будет потенциал бака и заземлителя, а ноги человека подвергнутся воздействию потенциала UH, величину которого можно определить по кривой 1. Поэтому, на тело человека будет оказывать влияние разность потенциалов UB–UH (напряжение прикосновения Uпр), которое рассчитывается по формуле:

Кривая 2 (Рис. 11) наглядно демонстрирует изменение величины напряжения прикосновения: с приближением к опасному участку уменьшается напряжение прикосновения. Если человек не дотрагивается до поверхности бака, а просто подходит к нему ближе, то его левая и правая нога имеют собственный потенциал – разность значений этих потенциалов именуется шаговым напряжением. Большое напряжение шага и прикосновения представляют серьёзную опасность для здоровья и жизни технического персонала электрических подстанций.

Если сопротивление заземляющего устройства уменьшается, то это приводит к снижению до безопасного уровня напряжений шага и прикосновения, что в свою очередь уменьшает вероятность поражения человека электрическим током.
В целях обеспечения для персонала подстанций безопасных условий предусмотрено нормирование предельных значений стационарного заземления энергообъектов:

Для оборудования с рабочим напряжением свыше 1 000 В (заземлённая нейтраль, ток однофазного КЗ более 0,5 кА) сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 0,5 Ом.
Для оборудования с рабочим напряжением < 1 000 В (заземленная нейтраль, мощность генераторов и трансформаторов более 100 кВА) сопротивление ЗУ должно быть менее 4 Ом.
Для оборудования с рабочим напряжением менее 1 000 В (заземлённая нейтраль, мощность генераторов и трансформаторов не более 100 кВ*А) сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом.
Для энергообъектов с рабочим напряжением до 1 000 В, имеющих заземленную нейтраль, расчёт величины сопротивления заземления производится по формуле:

Для энергообъектов с рабочим напряжением свыше 1 000 В (незаземленная нейтраль) значение сопротивления заземления рассчитывается по формуле:

где R – максимальное значение сопротивления заземления, Ом;
I – суммарный ток замыкания на землю, А.

На энергообъектах с изолированной нейтралью, в которых отсутствует компенсация ёмкостного тока КЗ, значение емкостного тока достигает нескольких сотен ампер и может продолжаться в течение долгого времени. Величина полного сопротивления ЗУ не должна превышать 10 Ом.

Сопротивление заземления на энергообъектах, имеющих компенсацию емкостных токов рассчитывается по вышеприведённым формулам, однако расчетное значение тока замыкания на землю на 25 % превосходит величину номинального тока. Для тех заземляющих устройств, которые не снабжены тококомпенсирующей аппаратурой, для расчетных целей принимается величина остаточного тока замыкания на землю (не менее 30 А).

Нормированная величина сопротивления заземляющих устройств вполне удовлетворяет действующим требованиям к системам рабочего и грозозащитного заземления. На электрических подстанциях для всех энергообъектов, которые питаются переменным или постоянным током с рабочим напряжением свыше 500 В, в обязательном порядке выполняется защитное заземление.

На промышленных энергообъектах с рабочим напряжением менее 500 В (кроме энергетического оборудования с переменным током не более 36 В) монтаж защитного заземления производится в следующих случаях:

В помещениях с повышенным уровнем опасности.
В особо опасных помещениях.
При размещении оборудования вне помещений.
На взрывоопасных энергообъектах с напряжением не более 36 В.

Конструкция заземляющих устройств для защиты электрических подстанций состоит из системы стальных электродов (L ≤ 5 м), находящихся в грунте в вертикальном положении. Верхние части заземлителей объединены металлическими полосами, образующими сетчатую систему. Число электродов и размер ячеек сетки определяется расчетным методом. Таким образом, значение стационарного заземления электрических подстанций зависит от:

Геометрических размеров заземляющих устройств.
Величины удельного сопротивления грунта.

Любой грунт, находящийся в сухом состоянии, обладает повышенным значением сопротивления растеканию тока. При высокой влажности грунта за счёт электрохимических реакций солей и кислот возникают электролиты, обуславливающие повышенную электропроводимость грунта, которая напрямую связана с влагоёмкостью почвы. Приближенные значения удельных сопротивлений типичных грунтов приведены в Таблице 1:

Таблица 1. Удельные сопротивления грунта.

При расчетах характеристик заземляющих устройств следует обращать внимание на взаимосвязь между удельным сопротивлением грунта и временем года. При измерениях удельного сопротивления грунта в зимнее время, необходимо применять сезонный коэффициент k. Для расчета заземления системы молниезащиты энергообъекта удельное сопротивление грунта также определяется с учетом сезонном коэффициента k, которые позволяет получить корректное значение удельного сопротивления.

Расчётное значение для сезонного коэффициента k приведено в Таблице 2 (зависит от влажности грунта):

Таблица 2. Значение сезонного коэффициента k в зависимости от влажности почвы

Стационарное сопротивление заземляющего электрода RD, находящегося в грунте в вертикальном положении (сопротивление растекания тока), определяется по следующей формуле:

где ρ – значение удельного сопротивления грунта, Ом-м.
L – длина заземляющего электрода, м.
d – внешний диаметр горизонтального электрода, м.

Стационарное сопротивление для горизонтального заземлителя на расчётной глубине рассчитывается по нижеприведённой формуле:

где L – длина горизонтального заземляющего электрода, м.
ρ – удельное сопротивление почвы, Ом-м.
d – диаметр горизонтального электрода, м.
t – глубина погружения заземляющего электрода в почву, м.

Согласно вышеприведённым формулам, у одиночного вертикального стержня (L=2,5...3.0 метра) в суглинистой почве (ρ =100 Ом*м) будет сопротивление около 30 Ом. Металлическая горизонтальная полоса (L=5,0 метра), находящаяся на глубине около 70 см, будет иметь стационарное сопротивление порядка 25 Ом. Расчетные значения показывают, что одиночные заземляющие устройства совершенно не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к сопротивлению заземляющих устройств, входящих в систему молниезащиты электрических подстанций.

Поэтому, для обустройства эффективной системы заземления промышленных энергообъектов применяются заземляющие устройства, состоящие из множества горизонтальных и вертикальных заземлителей. При создании системы заземления необходимо учитывать эффект взаимного экранирования – при небольшом расстоянии между соседними электродами возрастает сопротивление отдельно взятого заземлителя.

При движении тока по заземляющему электроду вокруг одиночного электрода возникают линии тока, обладающие правильной и равномерной структурой. В заземляющей системе, где имеется множество вертикальных или горизонтальных электродов, образуются неоднородности, связанные с взаимным влиянием линий тока соседних электродов (Рис. 12).

Рис. 12. Линии тока в заземлителе сложной формы при небольшом расстоянии между смежными электродами

Для корректного определения значения сопротивления электрода в заземляющем устройстве сложной формы (при наличии эффекта взаимного экранирования заземляющих электродов) применяется коэффициент использования заземлителя. Данный коэффициент меньше единицы и непосредственно связан с конструкцией электродов. В Таблице 3 представлены значения коэффициента использования Чтр для заземлителей трубчатой формы (электроды расположены в ряд; влияние связывающей полосы не учитывается).

Таблица 3. Определение коэффициента использования Чтр в зависимости от количества металлических труб и отношения расстояния между данными трубами к их длине.

В Таблице 4 представлены значения коэффициента использования ηn для заземляющих устройств трубчатой формы (электроды размещены в ряд и объединены между собой стальной полосой).

Таблица 4. Определение коэффициента использования трубчатых заземлителей.

Для создания эффективных заземлителей, предназначенных для защиты электрических подстанций, применяются искусственные и естественные заземляющие устройства, эксплуатирующиеся совместно с молниеотводами (громоотводами). Искусственные конструкции представляют собой металлическую сетку из стальных полос, расположенных в горизонтальной плоскости параллельно и перпендикулярно друг другу. При помощи полос все вертикальные заземляющие электроды соединяются в единый контур системы заземления энергообъекта.

Расчет сложного контура является трудоёмкой работой, требующей проведения большого объёма вычислительных операций. Для упрощения расчётов применяется более простая формула:

Значения коэффициента А, определяемые в зависимости от соотношения lf\/S, представлены таблице 5:

Таблица 5. Значения коэффициента А.

Эквивалентное удельное сопротивление почвы ρэ рассчитывается по кривым, приведенным на Рис. 13. Кривые зависимости, определяющие эквивалентное удельное сопротивление ρэ, соотнесённые к удельному сопротивлению 2-го слоя грунта ρг зависят от геометрических размеров и формы заземляющего контура, а также от глубины размещения электродов в грунте. Представленные кривые построены для различных соотношений между ρi и ρa.

Исходя из фактических размеров заземляющего устройства и метода размещение его в грунте, по кривым из Рис. 13 можно рассчитать эквивалентные удельные сопротивления ρэ. Эти кривые построены для различных типов заземляющих контуров, с учётом влияния неоднородности грунта на полное сопротивление заземлителя и действительное напряжение прикосновения. В качестве естественных заземляющих устройств для энергообъектов электрических подстанций можно привести:

Системы заземлений опор ЛЭП, подключенные с помощью троса к заземлению подстанции.
Металлические оболочки подземных кабелей.
Металлические трубопроводы различного назначения.

Рис. 13. Расчёт относительного эквивалентного удельного сопротивления с учётом неоднородности грунта в точке заземления молниеотвода (громоотвода).

Выполненные расчёты показали, что обустройство защитных заземлений, обладающих минимальным сопротивлением в 0,5 Ом, в отдельных случаях связано с известными сложностями (большие значения удельного сопротивления грунта, незначительная площадь электрических подстанций и пр.), однако в других случаях можно обеспечить безопасные напряжения на электрооборудовании с заземленной нейтралью при сопротивлении, большем, чем 0,5 Ом.

Данное обстоятельство позволяет сэкономить немалое количество дорогостоящего металла при монтаже систем заземления электрических подстанций. В настоящее время действуют нормы, устанавливающие предельно допустимое напряжение на заземляющем проводнике и величину напряжения прикосновения, связанные с длительностью воздействия тока КЗ, которая состоит из времени включения релейной защиты и времени срабатывания выключателя:

Таблица 6. Наибольшее допустимое напряжения прикосновения.

Предельно допустимое значение напряжения на заземлителе не должно быть более 10 000 В. При расчёте систем защитного заземления распределительного электрооборудования и трансформаторных подстанций, с рабочим напряжением более 1 000 В (глухозаземлённая нейтраль) можно руководствоваться актуальными нормами, регламентирующими максимальное допустимое напряжение на заземляющем проводнике и допустимое напряжение прикосновения, которые обеспечивают должный уровень безопасности технического персонала электрических подстанций.

Комплексное заземление энергообъектов электрических подстанций всегда удовлетворяет требованиям стандартов, имеющих отношение к рабочим заземлениям и к системам заземлений средств молниезащиты. Однако при объединение средств грозозащиты и защитных заземлений электрических подстанций следует помнить о следующих особенностях. Все защитные и рабочие заземляющие устройства рассчитаны для отвода токов промышленной частоты.

Сопротивление заземлителей является стационарной величиной, между тем через систему молниеотводов проходит импульсный ток молнии, который по своим вольт-амперным и частотным характеристикам в корне отличается от токов КЗ. При прохождении через заземляющий проводник импульсного тока молнии возникают экстремальные условия, которых не наблюдаются при прохождении тока 50 Гц. При отводе импульсных токов грозового разряда через заземляющее устройство рядом с поверхностью заземляющих электродов отмечается исключительно высокая напряженность электрического поля, которая легко пробивает слой грунта. Вокруг заземляющего проводника возникает токопроводящая зона искрения, приводящая к увеличению эффективного поперечного сечения электрода, за счёт которого снижается общее сопротивление заземлителя.

Однако максимальное снижения сопротивления за счет искрообразования отмечается только в тех случаях, когда заземляющие электроды обладают небольшими геометрическими размерами, а индуктивное сопротивление проводников не оказывает заметного влияния на процесс отвода тока молнии в грунт. Подобные заземлители относятся к сосредоточенным. Величина сопротивления сосредоточенных заземлителей при импульсных процессах намного меньше, чем при прохождении тока с промышленной частотой.

При значительной длине заземляющего устройства индуктивность проводника оказывает серьёзное влияние на процесс отвод импульсного тока молнии в грунт. Степень влияния индуктивности возрастает при уменьшении продолжительности импульса тока молнии, при снижении удельного сопротивления земли и при увеличении протяжённости заземляющих проводников.

При прохождении импульсного тока молнии через заземляющее устройство значительной протяженности последнее можно представить в виде проводника, состоящего из двух частей, разделённых индуктивным сопротивлением (Рис. 14). При моментальном увеличении силы тока грозового разряда (крутая характеристика фронтального импульса) индуктивность заземлителя будет замедлять движение тока в проводнике. Отдалённые части заземляющего устройства (отрезок Б-В) с запозданием включаются в процесс отвода токов импульсного перенапряжения в грунт и поэтому снижают общую эффективность заземлителя. Подобные заземляющие устройства называются протяжёнными.

Протяжённые заземлители характеризуются повышенным сопротивлением при прохождении импульсного тока грозового разряда, которое превышает величину сопротивления при прохождении по заземлителю токов с промышленной частотой. Поэтому штатные выносные заземляющие устройства электрических подстанций, которые устанавливаются в низменным местах (реки, озёра, болота) и обладают низким сопротивлением, совершенно не пригодны для отвода импульсных токов значительной мощности.

Для учёта изменений сопротивления заземляющих устройств в зависимости от линейных размеров заземлителей при прохождении через них импульсных грозовых токов применяется импульсный коэффициент Хи. Данный коэффициент представляет собой отношение импульсного сопротивления Zи к значению стационарного сопротивления R при прохождении по заземлителю токов промышленной частоты.

Рис. 14. Схема функционирования заземлителя протяженной конструкции при отводе грозового заряда в землю

Величину импульсного сопротивления Zи можно определить по формуле:

Коэффициент импульса заземлителя принимает различные значения (он может быть больше, меньше или равен единице) и зависит от того, какой процесс в проводнике при прохождении тока молнии проявляется в большей степени: искрообразование или индуктивное сопротивление. При значительном искрообразовании и слабой индуктивности заземляющего устройства (сосредоточенные заземлители) сопротивление проводника уменьшается, поэтому значение коэффициента импульса будет меньше единицы. При высокой индуктивности (протяженные заземляющие устройства) величина коэффициента импульса превышает единицу.

Если эффект искрообразования и величина текущей индуктивности гасят друг друга, тогда коэффициент импульса равняется единице. Значение импульсного коэффициента стационарных заземляющих устройств связано не только с их геометрией и линейными размерами, но и зависит от величины удельного сопротивления почвы ρ и мощности тока грозового разряда. На рис. 15 в виде кривых представлена зависимость импульсного коэффициента для вертикальных заземлителей от характеристики почвы ρ и параметров тока молнии.

Как видно из приведенных графиков, с возрастанием силы импульсного тока молнии, проходящего через заземляющий проводник и при увеличении удельного сопротивления почвы, отмечается снижение значений импульсного коэффициента. При значительных амплитудах грозовых токов возрастает их плотность, что обеспечивает условия для формирования и развития искровой зоны вокруг проводника, а также приводит к уменьшению его сопротивления.

Рис. 15. Определение импульсных коэффициентов для заземлителей вертикального типа.

При росте удельного сопротивления грунта происходит развитие искровой зоны, величина которой находится в прямой зависимости от пробивной напряженности грунта Епр. Минимальное значение Ещ встречается в грунтах, обладающих удельным сопротивлением ρ=500 Ом*м.

При продолжительности предразрядного времени порядка 3...5 мкс Ещ = 6...12 кВ/см. Следует помнить, что при прохождении импульсного тока грозового разряда через контур защитного заземления электрической подстанции, который имеет значительные линейные размеры, данный контур будет вести себя как протяжённое заземляющее устройство. В этом случае импульсное сопротивление может превысить значение стационарного сопротивления, вследствие преобладания индуктивности проводника над искровыми процессами.

Рис. 16 Значения импульсного и стационарного сопротивления заземляющего устройства электрической подстанции

На рис. 16 показано изменение значений импульсного и стационарного сопротивления заземляющего устройства электрической подстанции в зависимости от размеров заземляющего контура и удельного сопротивления почвы. Заземляющее устройство в виде металлической сетки общей площадью S = 6 400 м2 (сторона контура 80 м), включающее 16 вертикальных электродов (L = 8 метров), при удельном сопротивлении грунта вблизи электрической подстанции ρ = 400 Ом*м обладает стационарным сопротивлением R равным 2,2 Ом, а импульсное сопротивление в этом случае составляет Zи = 2,5 Ом (при мощности грозового импульса 100 кА и времени разряда τ=6 мкс).

Заземляющий контур с сеткой площадью S = 400 м2 (сторона контура 20 м), состоящий из 4 вертикальных электродов (L = 8 м) при величине удельного сопротивления грунта ρ = 400 Ом*м обладает сопротивлением R= 6,9 Ом и Zи=6,1 Ом. Если в первом примере (S = 6 400 м2) величина импульсного сопротивления превосходит стационарное, то во втором примере (S = 400 м2), значение стационарного заземления превышает значение импульсного заземления.

Исходя из Рис. 16 можно сделать вывод, при увеличении площади заземляющего контура, происходит заметное снижение обоих видов сопротивления: как импульсного, так и стационарного. В заземлителях сложной формы эффект взаимного экранирования проводников отмечается при протекании импульсных токов и токов промышленной частоты. Между тем коэффициент использования заземлителей сложной формы при прохождении через них импульсных грозовых токов имеет меньшее значение, чем при протекании токов промышленной частоты.

Таким образом, при монтаже стержневых молниеотводов на конструкциях ОРУ электрических подстанций, когда заземляющим устройством для молниеотвода (громоотвода) служит заземляющий контур энергообъекта, который имеет значительные геометрические размеры то подобное заземляющее устройство принято считать протяженным. При необходимости заземления отдельных молниеотводов стержневого типа производится обособленное заземление, которое не связано с общим заземляющим контуром подстанции.

В Таблице 7 приведены типовые конструкции заземляющих устройств, которые при минимальной металлоёмкости обеспечивают импульсное сопротивление 10 Ом при попадании грозового разряда с импульсом 100 кА в грунты, обладающие удельным сопротивлением ρ от 100 до 650 Ом*м.

Таблица 7. Конструктивные варианты заземляющих устройств.

Стоит серьезно подойти к вопросы молниезащиты и заземления. В этой статье мы сделаем акцент на важные вещи в молниезащите вашего дома. Прежде чем приступать к монтажу, нужно изучить устройство молниезащиты. Нами была описана простейшая, а также проверенная система молниезащиты частных домиков. И, пусть сегодня для частных зданий молниезащита проектами электроснабжения не предусматривается (при сдаче дома в эксплуатацию наличие ее не обязательно), каждым владельцем принимается самостоятельное решение о целесообразности установки молниезащиты.

Спокон веков люди с боязнью относились к грозе. А ее спутники гром и молния наводили ужас. И это было правильно, потому что молния несла в себе достаточно большую опасность. Статистика вещь точная, она говорит о том, что в мире от удара молнии погибает более 3000 человек. А если исчислять материальные потери, то цифра будет зашкаливать за несколько миллиардов долларов. Но спастись от удара молнии еще научились наши далекие предки, которые придумали молниеотвод.

В настоящее время современные архитекторы не пренебрегают этим очень необходимым элементом дома. А дачнику сам бог велел установить молниеотвод для защиты жильцов и имущества. В разговорной речи молниеотвод называют громоотводом, неверная интерпретация этого устройства, но мы не будем претендовать на роль судьи. Система молниеотвода разработана давно и прекрасно работает до сих пор.

Суть работы молниеотвода - молниезащита

Суть работы молниеотвода заключается в следующем.

При грозе между грозовыми наэлектризованными облаками и землей возникает разряд, как между обкладками конденсатора.

Но молниеотвод не является в этой ситуации проводником электрического тока, он не берет молнию на себя и отводит ее.

Это возможно, только по одному принципу, большой природный конденсатор не накапливает заряд на обкладках, он постоянно находится в стадии зарядки.

Поэтому напряжении на молниеотводе равна нулю.

Итог вышесказанного: молниеотвод - это не проводник и барьер от молнии, при молниеотводе молния не может возникнуть. Все именно так при одном условии, если молниеотвод смонтирован правильно.

Можно привести большое количество случаев, когда высокие молниеотводы в виде мачт «ловили» молнию.

Электрический ток - это движение электродов, именно движение. А, как известно из физики, любое движение идет по наименьшему сопротивлению, будь-то электричество, вода или газ.

Что такое незаземленный молниеотвод? Это просто подвешенный в воздухе кусок проволоки. А это достаточно, для того чтобы молния прошла по нему. Теперь вы понимаете, что заземление в молниеотводе считается главным элементом.

Заземление - это..

Вообще заземление - это простой металлический предмет, лучше всего большой площади и закопанный на большую глубину.

Металлическим предметом для заземления может выступать труба или уголок. Иногда изготавливают специальную конструкцию из нескольких уголков в виде перевернутой буквы «Ш».

Глубина закапывания заземления не должна быть меньше двух метров. Но труба и уголок не имеют большую площадь, поэтому рекомендуется укладывать другие предметы.

Например, бочка, спинка от металлической старой кровати, толстый металлический лист, сетка из толстой проволоки или арматуры.

Сезонная пора вносит свои коррективы в обслуживание громоотвода. Летом сухой грунт непременно необходимо увлажнять, так как электропроводимость и сухая почва не дружат.

Обычно для подобных целей к земле, на который заземлен громоотвод, делают сток, по которому идет вода с крыш или устраивают в этом районе сливной умывальник, или сливают туда вручную небольшое количество воды. Если место для громоотвода уже несколько продолжительных лет служит верой и правдой, его необходимо «подкармливать».

Монтаж молниезащиты

Делать это просто:

в земле делают несколько дырочек, которые высверливаются на поверхности,
в них засыпают техническую соль или селитру.

Не нужно опасаться того, что такая процедура может навредить зеленым посадкам. Соль быстро рассосется и проникнет глубоко в землю, устремляясь к грунтовым водам. Именно соль способствует увеличению электропроводимости и хорошему функционированию громоотвода.

Устройство заземления

Заземление обеспечивается при помощи кабеля или толстого провода.
Если вы выбираете для заземления кабель, то возьмите такой, у которого самое большое сечение.

Вам повезет, если в руки попадется витой провод из алюминия. Он прекрасно справиться со своей задачей, только при условии его полной изоляции, которая убережет все имеющиеся постройки. Такой кабель крепится при помощи жестяных или пластиковых скоб.

Устройство молниеотвода

Молниеотвод должен быть оголенным и не окисляться, то есть не подвергаться коррозии. Поэтому его делают из цветных металлов:

медь,
алюминий,
дюралюминий,
оцинкованная сталь.

Большое сечение заземления обязательно, поэтому для его изготовления используют всевозможные профили, полосы или большое количество смешанной проволоки. Предпочтение отдается луженым изделиям, а не покрытых лаком. Ни в коем случае нельзя изолировать или красить молниеотвод.

Специалисты утверждают, что молниеотвод защищает территорию, попадающую в гипотетический конус, с вершиной на конце молниеотвода и боковыми поверхностями под углом сорок пять градусов к самому устройству.

Высота молниеотвода будет равна двум размерам зоны безопасности.

Приведем пример, высота мачты молниеотвода равна 10 метрам, значит, в каждую сторону от нее зона безопасности так же будет равна 10 метрам. Из этого расчета и устанавливается молниеотвод и выбирается его высота, чтобы охватить всю территорию дома. Если возле вашего дачного дома растет высокое дерево, то его можно приспособить под мачту молниеотвода. Его необходимо прикрепить к длинному шесту и при помощи синтетических веревок приспособить в вершине дерева. Ни в коем случае не прикрепляйте молниеотвод гвоздями или металлическими хомутами, можно повредить само дерево. Рассчитайте так, чтобы ваш дом и хозяйственные постройки попадали под защитный конус, о котором мы рассказывали выше. Если данный конус не очень велик и не полностью защищает ваш дом, то необходимо установить дополнительный молниеотвод или несколько штук. Рассчитать можно самостоятельно.

Если дерево на вашем земельном участке отсутствует, то вместо мачты можно использовать телевизионную антенну. Обратите внимание, чтобы она была металлической и не крашеной. Если она так же закреплена на деревянном шесте, то рекомендуется соединить молниеотвод с заземлением оголенной проволокой, лучше всего чтобы их было несколько штук.

Молниеотвод на дымовой трубе

Иногда молниеотвод устанавливают на дымовой трубе, это не всегда приемлемо, потому что сильный порыв ветра может свалить не только это устройство, но и саму трубу. Есть необычный метод установки молниеотвода. Два шеста устанавливают на разных концах крыши на самой вершине конька, они могут быть, как деревянные, так и металлические. Между ними натягивается оголенная проволока на изоляторах. Эта проволока соединена с заземлением. У вас получится молниеотвод с зоной безопасности в виде шалаша.

Как и за любым устройством, за молниеотводом необходимо ухаживать, чтобы он прослужил долго и качественно выполнял возложенные на него функции. Поэтому один раз в год необходимо проверять все соединения между элементами молниеотвода. Обычно это делают весной, перед началом сезона гроз. Эти соединения изготавливаются из меди или латуни и называются колодки, клемники или орехи, как говорят в народе. Обычно концы соединений лудят припоем или соединяют специальными контактами. Обратите особое внимание на то, что с приходом летних гроз необходимо поливать место заземления.

Не надо испытывать судьбу и полагаться на случай. Лучше один раз изготовить правильно и качественно молниеотвод и решить многие проблемы, связанные с таким атмосферным явлением, как гроза. Вы сбережете от не только свое имущество, но и спасете своих близких. А молниеотвод будет работать не один год, только иногда приглядывайте за ним и выполняйте наши рекомендации. И у вас все будет хорошо.

Каким образом можно произвести молниезащиту в частном доме?

У молнии имеется огромная разрушительная сила, которая представляет значительную проблему для всего человечества еще с самых незапамятных времен. Молния является одним из наиболее опасных в природе явлений, которое представляет угрозу как для здоровья, так и самой человеческой жизни, также и для имущества. С развитием современных технологий и с возникновением разного рода беспроводного оборудования риски получить удар молнией увеличивается. Научные разработки современности, в то же время, весьма успешно ведут борьбу с такой проблемой. В момент надвигания на небе грозовых туч и пронизывания его молниями человек, умный и предупредительный, бояться их не будет по той причине, что этотчеловек уже заблаговременно защитил от прямых попаданий свое жилище. Таким образом, хороший хозяин в обязательном порядке проявит свой интерес, каким образом следует произвести молниезащиту в частном доме, он не станет пренебрегать таким простым и в этот же момент гениальным изобретением человека.

Что из себя представляет молния и чем может она быть опасной?

Очень важным аспектом является знание природы самого возникновения молнии. Система защиты именно на этом именно и базируется.

Молния является не только завораживающим, но также и достаточно страшным и сильным явлением. Молния является импульсом электрического тока, который возникает за счет накопления в грозовых тучах электрического заряда. Сила тока иногда достигает отметки в 200000 А. Но такие молнии, правда, бывают достаточно редко, наиболее часто встречаются молнии, у которых сила разряда достигает 100000 А. На планете каждую секунду образуется порядка 200 молний. Невзирая на то, что сама вероятность поражения молнией исключительно одного дома достаточно мала, все же лучше предостеречься, нежели потом об этом жалеть. Искровой электрический заряд проходит через разные материалы, приводя к образованию тепловой энергии, а она и есть причина разрушений и пожаров. Для построек из дерева она представляет особую опасность, а из дерева построена большая часть коттеджей и загородных домов.

У домовладельцев в связи с такой ситуацией часто постает вопрос о реальной необходимости защиты здания от удара молнии. Молниезащита в частном домике необходима: она сможет защитить здание от пожара. К тому же, стоимость такой системы в смете строительства займет совсем незначительную долю.

Видовые особенности молниезащиты, а также принципы действия этих устройств

Сегодня системы молниезащиты зданий делятся на два вида:

пассивный,
активный.

Пассивная система являет собой традиционную систему защиты, которая состоит из самого молниеприемника, токоотвода, также заземления. У нее довольной простой принцип действия: заряд ловится молниеотводом, потом направляется в сторону заземлителя с помощью токоотвода, а заземлитель в земле гасит его. Следует учесть материал кровли, а также вид крыши для того, дабы исходя из этих особенностей верно выбрать необходимый тип молниезащиты при обеспечении ее максимальной надежности.

Активная молниезащита по принципу своего действия работает таким образом: воздух ионизируется молниеприемником, перехватывая таким образом разряд молнии.

Другие элементы в активной системе молниезащиты аналогичны тем, которые имеются в пассивной системе молниезащиты, но радиус действия такой системы значительно больше - до сотни метров. В конкретном случае будет защищен не только здание, но также и близлежащие строения. Такого рода молниезащита загородного домика является довольно распространенной в большом количестве стран. Но стоимость ее, конечно же, намного выше, нежели у пассивной системы.

Устройство самой молниезащиты

Молниезащита представляет собой защитную меру, которая обеспечивает безопасность жилых зданий и жизни человека, проживающего в них, от разрушительной силы удара молнии. Как молниезащиту здания используют молниеотводы.

В состав молниеотвода входит три основных элемента:

Контур заземления.

Молниеприемник являет собой металлический проводник, который установлен на крыше домика для того, чтоб принимать разряды молнии. Важно устанавливать его на наиболее высоком месте крыши. Если здание достаточно большое или у него имеется сложная конструкция, когда есть смысл установки нескольких молниеприемников. Молниеприемники могут быть разнотипными по конструктивному исполнению:

Металлический штырь длиной до 0,2-1,5 метра, который устанавливается в вертикальном положении на наивысшей точке здания. Этим может быть как дымовая труба, так мачта телеантенны ли конек крыши. Он изготавливается из металла, который менее подвержен процессам окисления под открытым небом, - оцинкованной стали либо меди. У молниеприемника такого плана площадь сечения должна быть от 100м2 (в случае, когда форма будет круглой, тогда диаметр в 12 мм будет достаточны). Верхний конец полой трубки необходимо заварить. Такой метод подойдет для всех металлических кровель.

Металлический трос, который натянут на паре деревянных опор в 2 метра высотой вдоль конька крыши. Специально для надежности конструкции возможно использование металлических опор, но тогда нужно использовать изоляторы для изолирования их от троса. Такой метод прекрасно подойдет для шиферных, также деревянных крыш.

Молниезащитная сетка, которая закрепляется по коньку крыши здания, по поверхности настила с отходящими заземленными токоотводами идеальным образом подойдет для черепичной крыши.

Очень важно знать, что молниеприемники необходимо соединить с металлическими предметами, которые находятся на крыше: желобами, лестницами, вентиляторами.

Как альтернатива возведения на крыше молниеотвода возможно использование, к примеру, неподалеку стоящего дерева (конечно, если оно выше крыши дома на 15 м). Молниеприемники крепятся на верхушке дерева с тем расчетом, дабы он получился хотя бы на половину метра выше кроны дерева.

Затем молниеприемник присоединяется к токоотводу.

Токоотвод представляет собой часть молниеотвода, предназначенную для того, дабы отводить заряды молнии к контуру заземления от молниеприемника. Это толщиной в 6 мм стальная проволока, которую приваривают к молниеприемнику, что должна в соединении с самим молниеприемником выдержать нагрузку до 200000 ампер. Также нужно отметить, что между вышеуказанными составляющими молниезащиты сварка должна быть достаточно надежной, дабы исключить разрыв между ними или ослабление крепления при падении, к примеру, снежного пласта либо при сильном ветре.

Токоотвод спускается по стенам с крыши, его прибивают скобками и направляют в грунт, именно к контуру заземления. В том случае, если в наличии нескольких токоотводов их на расстоянии в 25 метров друг от друга прокладываются по стенам, максимально отдаляясь от дверей и окон здания. Следует помнить о том, что токоотводы нельзя изгибать из-за возможности возникновения искрового заряда и дальнейшего воспламенения.

Согласно правил токоотводы должны быть максимально короткими, а прокладывать их нужно как можно поближе к местам с наибольшим риском: острым выступам, краям фронтонов, слуховым окнам.

Заземлением молниезащиты называется устройство, обеспечивающее надежный контакт земли и токоотвода. Это самый обычный контур: три электрода, связанные между собой и забитые в землю. Согласно правил заземление бытовой техники и молниезащиты обязательно следует делать общим. В том случае, когда заземления нет, довольно несложно его изготовить - у заземления достаточно простая конструкция.

Для этого следует взять медь с сечением в 50мм2 или нержавеющую сталь в 80мм2. Выкапывается траншея длиной в 3 метра и глубиной в 0,8, затем вбиваются стальные пруты по ее концам. При помощи стали и сварки соединяются эти два прута. Затем к данной конструкции приваривается отвод к зданию и к нему присоединяется токоотвод. Закрашиваются места сварки и до конца траншеи забивается заземлитель.

Важно знать то, согласно правил заземлитель должен быть расположен на расстоянии не ближе, нежели 1 метр от стен, также не менее, чем 5 метров от крыльца, проходов и пешеходных дорожек.

Провода, тросы молниеприемников, также токоотводы можно установить двумя способами:

при использовании натяжных систем;
с помощью дистанционных зажимов.

Натяжную систему установки молниеприемников проводят с установкой у основания жестких анкеров, также на крыше здания и на стенах, между ними натягивают трос. Они оборудуются специальной формы натяжными зажимами. Межде анкерами расстояние может быть 20 метров. Такого плана молниеприемники на плоских крышах оборудуются еще и дистанционными элементами, пластиковыми кронштейнами, к примеру. Они удерживают молниеприемники на определенных расстояниях над поверхностью крыши здания.

На плоских крышах и на стенах используют самозабивные, угловые зажимы, они крепятся дюбелями. На крутых крышах зданий, которые покрыты керамочерепицей, зажимы закрепить намного сложнее. Здесь следует использовать коньковые зажимы, они подходят по размерам и по форме к коньковой черепице. Такого плана зажимы, кстати, можно подобрать также под цвет черепицы с целью не испортить внешнюю облицовку кровли в момент произведения молниезащиты коттеджа.

Токоотводы, молниеприемники необходимо между собой связывать, также их нужно связать с элементами здания с помощью специального образца винтовых зажимов, изготовленных из меди, латуни или оцинкованной стали.

До того, как начнутся сезоны гроз, ежегодно следует осмотреть молниеотвод, все его части, а также все места крепления для того, дабы при необходимости можно было произвести их окраску и замену.
Раз в три года следует проверять исправность всех соединений, зачищать контакты, подтягивать ослабевшие соединения и при необходимости их заменять.
Раз в пять лет следует вскрывать заземляющие электроды, проверять надежность соединения электродов, также глубину их коррозии. При уменьшении у проржавевшей детали сечения более, нежели на треть, тогда ее следует заменить.