Молниезащита, контуры заземления

Что такое молниезащита и зачем она нужна?

Удар молнии - это явление природы. И всем абсолютно понятно, что носит оно случайный характер: может попадет, а может и не попадет! Однако, если все-таки попадет, последствия его могут быть очень печальными.
Скажем буквально несколько слов о физической сущности молнии. При "старте" молнии от грозового облака направление ее развития определяет так называемый лидер. Предсказать траекторию его движения практически невозможно, иногда лишь можно с определенной степенью вероятности угадать оконечную точку, куда он стремится. Лидер молнии можно образно сравнить с иголкой, за которой тянется нитка. Ниткой же в нашем случае является так называемый канал молнии. По своей сути канал молнии - это нагретый до нескольких тысяч градусов, сильно ионизированный воздух, образующий идеальную токопроводящую среду между заряженным до очень больших разностей потенциалов облаком и поверхностью земли. В канале молнии начинают протекать импульсные токи огромных величин (до сотен килоампер), основная задача которых выровнять существующую между облаком и землей разницу потенциалов.                                                                                                                               
Теперь представим себе, что на пути молнии возникло препятствие в виде коттеджа, деревянного дома, да и любого другого объекта (трубы котельной, заводского корпуса, антенной мачты объекта связи, просто высокого дерева….). Преодолев расстояние в несколько сотен, а то и более, метров, что будет стоить для молнии прожечь дыру в металлочерепице крыши, заодно поджарив стропила, пробить изоляцию проложенного на чердаке кабеля, устроив короткое замыкание в электропроводке, перекинуться дугой или фонтаном искр между крышей и водосточными трубами, а потом таким же образом на землю. Таким образом приходим к выводу, что в первую очередь, молниезащита нужна чтобы защитить строение от пожара в случае удара молнии! Приняв на себя удар молнии система, состоящая из надежно соединенных между собой проводников определит для токов молнии самый прямой, самый легкий путь к той точке к которой она так стремилась - к земле! При этом не будет искр, потому что нет зазоров, через которые надо перескакивать в виде искры. Сечения элементов внешней молниезащиты таковы, что сильного нагрева при протекании по ним очень больших токов молнии не произойдет. Да и прокладываются они на некотором расстоянии от поверхности стен и крыши, если они выполнены из горючего материала. 

Рассмотрим самый распространенный классический вариант  устройства молниезащиты, включающий в себя  целый комплекс технических решений и специальных приспособлений. В первую очередь, на доме должна быть установлена система внешней молниезащиты Функционально система состоит из трех электрически соединенных частей – молниеприемник, токоотвод,  заземлитель. Основным ее элементом является один или несколько молниеприемников. Эти устройства могут иметь различный внешний вид, но все они должны выполнить очень важную задачу - не пропустить молнию к поверхности крыши и ее элементам, а так же к фасадам здания и прилегающей к нему территории. От молниеприемников по стенам здания опускается один или несколько металлических проводников, называемых токоотводами. Их задача отвести токи пойманной молнии на специальные заземляющие устройства, находящиеся под поверхностью земли.
Одиночный молниеприемник (см. фото ниже)  устанавливается на рассчитываемой высоте, превышающей высоту защищаемых объектов. Молниеприемник соединяется с заземлителем при помощи проводника–токоотвода. Вся система должна иметь низкое сопротивление.

К примеру, можно использовать в качестве токоотвода стальной провод толщиной не менее 6 мм. Молниеприемник должен иметь площадь торца, направленного в небо, не менее 100 мм2. В качестве метода соединения конструкции используется сварка.
Заземлитель должен обладать устойчивым во времени низким сопротивлением и располагаться в стороне или по контуру защищаемой площади. Точка соединения заземления и токоотвода должна находится на расстоянии не менее 5 метров от крыльца, дорожек, т.е. мест, где могут оказаться люди в момент удара. 

В некоторых случаях используется установка на стойках вдоль конька крыши тросового  молниеприемника, также соединенного одним или несколькими токоотводами с заземлителями.
На приведенных ниже  фотографиях показан дом, система молниезащиты которого выполнена в виде так называемой молниеприемной сетки. Так как здание имеет несколько усложненную архитектуру, помимо сетки на выступающих элементах конструкции крыши устанавливаются дополнительные штыревые вертикальные молниеприемники, которые должны обеспечить увеличение зоны защиты от прямого удара молнии. 
 

На следующей фотографии показан случай установки принципиально другой системы молниезащиты.

Её основным элементом является так называемый активный молниеприемник. Принцип действия такой системы молниезащиты заключается в том, что вокруг активного молниеприемника во время грозы создается область ионизации. И в тот момент времени, когда напряженность электрического поля между грозовым облаком и поверхностью земли достигнет критического значения (т.е. разряд молнии становится неизбежным) от молниеприемника происходит старт встречного лидера (искрового разряда) в сторону уже развивающейся от облака молнии. В том случае если молния будет продолжать свой путь к защищаемому объекту, то она обязательно будет "притянута" к молниеприемнику (в пределах его расчетной зоны защиты). Если же она уйдет в сторону от зоны защиты, активный молниеприемник не окажет на нее никакого воздействия. Достоинством такой системы молниезащиты является относительная простота ее монтажа и минимальное влияние на внешний вид дома.