Полезное о молниях и электричестве из школьного курса
Процесс образования грозового облака сопровождается разделением мельчайших капель воды по зарядам (отрицательным и положительным), при этом накопление негативно заряженных частиц происходит внизу облака.
Поверхности земли и всех сооружений, находящихся внизу заряженного облака, притягивают к себе противоположные частицы (со знаком «+»).
Механизм образования молнииИсточник msk.edu.ua
В возникающем электрическом поле в промежутке между этими частицами (в небе и на земле) повышается напряжённость, возникает разница потенциалов в несколько миллионов вольт. Благодаря этому и образовывается электрический заряд, называемый молнией.
Движение молнии происходит по наименьшему пути сопротивления. Началом служит движущийся на скорости 50 тыс. км/сек к земле слабый заряд (лидер), набирающий силы по пути. Т.к. заряженность воздуха неоднородна, молния проходит по местам с большим количеством заряженных частичек (с лучшими показателями электропроводности).
Двигаясь к земле, заряд ищет объекты с наибольшим количеством положительно заряженных частиц. По достижении уровня земли начинается массовое движение отрицательных зарядов по ионизированному каналу в землю (от нижних частиц самого заряда и до всех остальных в облаке).
Поэтому громоотвод на доме обустраивается из материалов с самыми высокими показателями электропроводности. Это гарантирует, что молния выберет именно его, т.к. на нем накоплено большее количество индукционных зарядов. Молния выбрала бы такой громоотвод, даже если он был бы ниже уровня здания, но экспериментировать этим не стоит.
Так выглядит попадание молнии в громоотводИсточник 4everstatic.com
Устанавливаем вышку
Материалом для монтажа вышки могут послужить металлические уголки, которые можно сварить между собой. Если вы делаете конструкцию своими руками, то ее внешний вид – индивидуальное решение. Самое главное, чтобы в сердцевине была пустота, куда будет помещен проводник для заземления.
К молниеприемнику привариваются хомуты для крепления медных и алюминиевых стержней. Затем они соединяются отдельным проводником, который впоследствии нужно будет соединить с контуром заземления. Затем выкапывается яма глубиною в 2-2,5 метра и вкапывается сама вышка. Если высота дома будет около 5 метров, то вышка со стержнем-приемником должна быть не ниже 7 метров.
Громоотвод своими руками
Если строится многоэтажный дом, то в этом случае работы по устройству громоотвода проводят специалисты. Эти конструкции имеют свой радиус зоны защиты, что дает возможность для их размещения на каждом здании. Перед тем как устанавливать эту конструкцию, выполняют проверку, способны ли уже установленные громоотводы обеспечить защиту от молний возведенного здания или же необходимо возведение нового.
В случае с индивидуальными домами вопрос с молниеотводом решает сам владелец. Есть целый ряд факторов размещения строений, которые позволяют свести к минимуму риск попадания молнии в дом:
- если в самом низком месте на участке располагается дом, вероятность попадания в него молнии во время грозы небольшая;
- если рядом с жилищем расположено здание большой высоты, то при ударе молнии более вероятно попадание молнии по нему. Таким образом, ваш дом будет в безопасности;
- если на соседнем доме установлен громоотвод, то его защитная зона действия может распространяться и на ваш дом. А в этом случае нет большой необходимости в устройстве молниеотвода.
Таким образом, нельзя говорить о том, что дом, на котором нет громоотвода, подвержен высокому риску попадания молнии.
Проведение расчетов
Перед тем как приступить к выводу цифр громоотвода, необходимо понимать, что при установке громоотвода допускается две зоны, которые имеют различную эффективность защиты. Первая обеспечивает отвод до 99,5% импульса. Во втором случае этот процент уменьшается до 95%. На практике это означает, что во втором случае окружность громоотвода, которая покрывает здание является меньшей. Защитное действие всей системы можно сравнить с колпаком в виде конуса. Его вершина находится на крайней точке приемника. От нее под углом формируется окружность, которая и является зоной защиты. Одна из окружностей проходит на уровне крыши, а вторая – на уровне земли. Первая должна полностью покрывать всю площадь дома.
Чаще всего требуется выяснить необходимую высоту конуса громоотвода, чтобы нижняя часть конуса покрывала требуемую территорию. Высота в этом случае обозначается как h1 и является также высотой воображаемого конуса. В расчетах также используются переменный коэффициент R1, который обозначает радиус окружности на уровне земли. Потребуется знать высоту здания, которая вводится в формулу как h0, соответственно радиус на уровне здания обозначается как R0. Если требуется получить данные для первой зоны защиты, тогда расчеты проводятся по таким формулам:
- h1 = 0,85×hx (hx – высота токоприемника);
- R1 = (1,1-0,02) × hx;
- R0 = (1,1-0,02) × (hx — h0/0,85).
Для второй зоны защиты расчеты будут выглядеть таким образом:
- h1 = 0,92×hx (hx – высота токоприемника);
- R1 = 1,5 × hx;
- R0 = 1,5 × (hx — h0/0,092).
Благодаря таким подсчетам можно получить требуемые параметры для конкретного здания.
Принцип работы устройства
Молния устремляется к высшей точке в зоне, особенно к металлическим предметам. Вот почему все элементы состоят из металла. Молниеприемник принимает на себя удар, передавая его через токоотвод в землю.
Немаловажно составить схему устройства. Дело в том, что есть несколько вариантов громоотводов, которые мы рассмотрим ниже
В качестве схемы можно использовать простой рисунок на бумаге или же серьезные чертежи, с указанием особенностей, размеров, проводника, заземлителя, фиксирующих элементов и т. д. Рекомендуется сделать описание каждого из элементов, способ его фиксации и маршрут.
В качестве молниеприемника используется железный элемент, который поднимается на несколько метров над уровнем дома. При этом в зависимости от типа, он может устанавливаться на крыше или около дома
Так как он принимает на себя основной удар, то важно, чтобы соответствовал некоторым требованиям. Для стержня используется разнопрофильная прокатная сталь
Это может быть трубы для газо- или водопровода, или же прут из металла. Полые трубы сверху нужно заварить или герметично укрыть пробкой. Есть вариант купить готовый штырь в магазине. Чтобы молниеприемник справлялся со своей задачей, его сечение должно быть таким: для меди – 35 мм2, для стали – 70 мм2.
Обратите внимание! Вместо трубы, можно использовать оцинкованный стальной канат. Нити подвешиваются в горизонтальном положении на автономные опоры
Концы каната заземляются.
Токоотвод – элемент, соединяющийся с молниеотводом и заземлением. Именно по нему уловленный ток проходит дальше по конструкции. Его роль может играть толстая жила из меди/стали, или же металлический прут. Соединение токоотвода с приемником молний громоотвода должно выполняться методом сварки или болтовым соединением. Основное требование к размещению токоотвода – изолировать его от внешней среды и обеспечить прохождение по конструкции кротчайшим путем.
Теперь о заземляющем контуре. Он выполняется в виде треугольника. Его месторасположение должно быть возле дома, но не в прогулочной зоне. Лучше размещать его ближе к ограждению. Токоотвод соединяется с заземлением, в роли которого выступают металлические стержни. Их нужно закопать в землю на глубину около 1 м. На фото ниже изображена схема заземляющего контура.
Осталось рассмотреть, какие виды громоотводов можно сооружать на участке и приступать к делу.
Категории и виды внешней защиты от молний
Атмосферная молния — это мощный разряд электричества, подчиняющийся основным законам физики. Всем известно, что электрический ток движется по пути с наименьшим сопротивлением. Главной задачей блока грозозащиты любого вида создать именно такой путь для прохождения электроэнергии, минуя конструкцию строения. При ударе молнии в частный дом, оснащенным таким блоком, вся мощь электрического заряда просто-напросто уйдет в поверхность земли, не нанеся ущерба постройкам, электроприборам и человеку.
В народном сленге такой виды защиты частных строений называется по-разному: заземлением загородного дома, системой молниеотводов, а также громоотводами. Последний вариант наименования совершенно некорректен, ведь гром — это звук удара молнии и отводить его никуда не нужно. Но термин давно прижился и используется в разговорной речи. Независимо от того, как называется защита дома от молний, она предназначена для выполнения одной задачи — отвода энергии атмосферного электрического разряда в землю. Блоки грозозащиты делятся на три категории: по методу и виду защиты, а также по конструктивным особенностям.
- Методы защиты. Эта категория делится на два вида молниезащиты: активную и пассивную. В активной системе приемник молний оснащен специальным ионизатором воздуха, который своей работой провоцирует накопленное атмосферой статическое электричество на разряд. По своей сути, активная защита притягивает молнию, тем самым исключая возможность прямого попадания молнии в объект недвижимости и рядом находящиеся постройки. Пассивные системы не оснащены никакими дополнительными устройствами, поэтому молния может на ней разрядиться, а может и ударить в другое место, но в любом случае данный вид молниезащиты создает надежный барьер от прямого попадания разряда в дом. В то же время она не способна защитить бытовую технику от вторичного поражающего фактора. Для защиты от него необходимо устанавливать дополнительное оборудование.
- Виды защиты. В этой категории защита дома от разряда делится на два типа: внутреннею и внешнюю. Внутренняя система защищает частное владение от вторичного поражающего фактора, а внешняя от первичного. В связи с тем, что активные системы защиты от атмосферных электрических разрядов практически не применяются в быту, то блок грозозащиты дома, коттеджа или дачи должен состоять из двух частей: внешней и внутренней.
- Конструктивные особенности. В этой категории блок грозозащиты для частного дома делится на типы по особенностям конструкции внешних приемников молний. На данный момент существует три основных типа молниеприемников: штыревые, сетчатые и тросовые. Каждый из них хорош по-своему. Штыревые молниеотводы самые дешевые, но менее эффективные по сравнению с сетчатыми и тросовыми приемными элементами.
Выбрать лучшую защиту от разряда атмосферного электричества для своего дома вам поможет следующая глава статьи, в которой мы расскажем о конструкции наиболее популярной пассивной внешней молниезащите, в дополнение к которой необходимо устанавливать и внутреннюю защиту от вторичного поражающего фактора.
Изготовление своими руками
Существует множество народных способов, как сделать громоотвод на даче своими руками. Лучше всего доверить это дело профессиональной бригаде, специально занимающейся установкой защитных антигрозовых систем. Однако для тех, кто решил действовать самостоятельно, рекомендуется следовать проверенному алгоритму. Для начала необходимо грамотно рассчитать конструкцию, затем правильно выбрать материалы, а также определить место установки и только после этого приступать к монтажным процедурам. Рассмотрим детально каждый из этих этапов.
Правильный расчёт
Первое, с чего следует начинать построение молниезащиты, это определение высоты верхней точки приёмника. Проще всего рассчитать её для штыревой модификации по следующей формуле:
H=(Rх+1,63Hx)/1,5
H – расстояние от поверхности земли наивысшей точки приёмника,
Hx – высота конька дома,
Rх – защитный радиус действия,
Цифры 1,5 и 1,63 – расчётные коэффициенты.
Например, если необходимо создать защиту в радиусе 15 метров на участке с домом высотой 7 метров, высота верхней точки молниеприёмника согласно формуле должна быть:
(15+7х1,63)/1,5=17,6 метров.
При этом необходимо учитывать, что защитная зона в пространстве имеет форму конуса с вершиной в точке пика приёмника и основанием.
Видео описание
Смотрите на видео, как недорого сделать громоотвод своими руками:
Подбор материалов
Эффективно решить задачу о том, как сделать громоотвод в деревянном доме, можно если правильно выбрать материалы. В качестве проводников рекомендуется использовать медь, сталь или алюминий. Например, для возведения стандартного штыревого громоотвода потребуется закупить следующие расходники:
- Стальной стержень для приёмника поперечником не менее 50 мм².
- Медный провод для токоотвода сечением от 16 мм².
- Асбестоцементную трубу подходящей высоты.
- Медные штыри для заземляющего контура.
- Элементы крепежа.
Дешевле использовать сталь для конструкции громоотвода частного дома, однако медь обладает наилучшими токопроводящими свойствами и требует меньшей площади сечения проводников, а значит, обустройство будет легче и быстрее.
Стержень для громоотводаИсточник ytimg.com
Место монтажа
Ещё один важный аспект, касающийся того, как сделать громоотвод в частном доме самому, это правильный выбор места его установки. Есть два основных варианта:
- Непосредственно на крыше.
- На рядом стоящей конструкции.
В первом случае приёмник устанавливается с помощью кронштейнов на кровле, во втором – на специальной матче, столбе, трубе от котельной, дереве. При этом чем ближе конструкция к дому, тем меньший защитный радиус потребуется и тем ниже нужно монтировать стержень.
Не последнее значение имеет место установки заземляющего контура. Чтобы избежать случайного пробоя электрического тока в момент удара молнии и поражения окружающих построек, животных или людей через грунт, его располагают на минимальном расстоянии – 1 метр от стен жилья и 5 метров от тротуаров, вольеров, дорожек.
Видео описание
Смотрите в этом ролике, как устроена и работает комплексная молниезащита для коттеджа:
Инструкция по установке своими руками
Самостоятельный монтаж громоотвода выполняется следующим образом:
- Рассчитывается высота установки приёмника, исходя из требуемого защитного радиуса.
- Выбирается материал.
- Определяется место монтажа.
- Выполняется закрепление молниеприёмника.
- Проводится токоотвод.
- Выкапывается траншея или котлован, вбиваются и соединяются между собой штыри заземлителя.
- Токоотвод соединяется с заземляющим контуром.
Видео описание
Смотрите в этом видео основные моменты монтажа молниезащиты для частного дома:
Коротко о главном
Правильно построенный молниеотвод защищает дом от пожара, технику от порчи, а людей и животных от страшных последствий поражения электрическим током. Устройство не предотвращает грозовой разряд, но эффективно ловит и безопасно передаёт его в землю. Существует несколько вариантов, как сделать громоотвод на даче
- Стержень.
- Трос.
- Сетка.
Все они состоят из молниеприёмника, токоотвода и заземляющего контура. При изготовлении громоотвода своими руками прежде всего необходимо правильно рассчитать высоту его установки, исходя из требуемого защитного радиуса. Далее нужно правильно выбрать материалы для его основных частей, грамотно определиться с местом установки и выполнить монтаж в соответствии с рекомендуемыми требованиями безопасности.
Видео описание
Смотрите в этом ролике, как устроена и работает комплексная молниезащита для коттеджа:
Инструкция по установке своими руками
Самостоятельный монтаж громоотвода выполняется следующим образом:
- Рассчитывается высота установки приёмника, исходя из требуемого защитного радиуса.
- Выбирается материал.
- Определяется место монтажа.
- Выполняется закрепление молниеприёмника.
- Проводится токоотвод.
- Выкапывается траншея или котлован, вбиваются и соединяются между собой штыри заземлителя.
- Токоотвод соединяется с заземляющим контуром.
Принцип действия громоотвода
Громоотводы представляют собой систему перехвата молнии в момент разряда в защищаемой зоне. Классический вариант — штыревой громоотвод, возвышающийся над охраняемым объектом. За счет возвышенности и специального материала изготовления такой громоотвод для дачи и иных зданий принимает удар на себя и передает его дальше через токоотвод к заземлению.
Еще один вариант — тросовая система, когда в качестве перехватчика служит натянутый металлический трос.
Похожим решением является и молниеприемная сетка, укладываемая на кровлю с определенным шагом.
Все эти системы изготавливаются из прочного материала высокой токопроводимости, таких как сталь, медь, алюминий и относятся к пассивным системам. Это означает, что перехват разряда идет за счет общих законов физики без генерации дополнительных действий. Помимо нее существует и современная активныя молниезащита.
Принцип действия активной системы молниезащиты основан на создании опережающего разряда в сторону молнии. По образованному каналу происходит передача перехваченного тока разряда молнии в систему заземления. При возникновении молнии над защищаемой территорией она обязательно будет поймана молниеприемником и отведена в землю.
Зачем нужен
Громоотвод на фото часто выглядит довольно-таки непривлекательно и многие «активно строящиеся» горожане полагают, что без него вполне можно обойтись. Если строительством загородного дома занимается серьезная строительная организация. То громоотвод все же появляется на крыше, но при самостоятельной постройке им пренебрегают очень часто.
При этом, говорить, что люди не понимают, зачем нужен дачный громоотвод – неправильно, просто многие полагают, что такая система защиты необходима в местности с частыми грозами, где-то ближе к югу и так далее. Отчасти это верно, чем севернее местность, тем менее активна молния во время грозы, и, соответственно, тем меньше шансов, что она ударит в дом.
Схема громоотвода дома
Так же очень распространено мнение о том, что громоотводы как раз и притягивают удары молнии, как магнит железо. И в этом тоже есть часть истины – данные конструкции на самом деле «привлекают» молнию, без этого качества они просто не смогли бы функционировать. Однако «привлекают» ее они исключительно в тех случаях, когда разряд электричества с мощностью минимум в 200 ампер уже летит к постройке.
Что же касается редких гроз, то даже в Подмосковье удары молнии в дома происходят очень часто. Дело в том, что, экономя на установке громоотвода или же попросту считая его ненужным, большинство строящихся самостоятельно горожан не забывают устанавливать на крыше антенны.
То есть, при «близкой» грозе и отсутствии громоотвода, эту роль берет на себя антенна, а последствия удара молнии в спутниковую тарелку представить не так уж и сложно.
Хотя бы по этой причине, исходя из поговорки «береженого бог бережет» пренебрегать громоотводом нельзя, не зависимо от того, в какой климатической зоне находится здание, как часто бывают грозы и насколько велики статистические показатели МЧС ударов молнии в постройки в этой местности. Громоотвод нужен и для безопасности, и в качестве своеобразной «страховки» вложенных в обустройство дома денег.
Как сделать громоотвод в частном доме
Возможно ли организовать своими руками защиту частного дома от удара молний? Ответ на этот вопрос является однозначным – безусловно, да. Однако необходимо заранее оценить собственные возможности и знания. Эта работа требует понимания принципов электропроводимости, а также некоторых физических законов. Для установки громоотвода лучше всего пригласить квалифицированных работников.
Защитная система, предохраняющая частный дом от молний, является необходимой мерой предосторожности. В первую очередь такая система рекомендована для построек, в которых основным строительным материалом является дерево
Наиболее распространенным вариантом молниеотвода является стержневой. Именно такие системы чаще всего используются в быту. Стержневой тип включает в себя 3 составляющие:
- молниеприемник;
- токоотвод;
- заземлитель.
Коньковый держатель проводника КД-1-100
Стержневое устройство можно установить на кровле или в непосредственной близости от жилища. Отдельные элементы кровли могут выступать в роли составляющих частей системы защиты от молний.
Важно! Все части громоотвода должны быть выполнены из одного и того же металлического материала. Если пренебречь данным правилом, то тогда возникнет несовместимость между отдельными составляющими, что негативно скажется на эксплуатационной эффективности прибора.
Соорудить громоотвод самому затруднительно не только из-за его конструктивных особенностей. Проблемы могут возникнуть и с законодательными документами. Например, прежде чем приступить к установке защитной системы, необходимо узнать, есть ли поблизости другие коммуникации. Однако система, выполненная грамотно, способна ликвидировать даже самый сильный удар молнии.
Гром и молния или зачем нужен громоотвод
В средних широтах европейского континента первомайские дни знаменуют собой начало сезона, когда дожди могут сопровождаться грозами. Большинство людей побаивается раскатов грома, вспышек молнии. И не беспочвенно. Статистика неумолимо показывает, что ежегодно в стране от удара молнии погибают десятки человек, еще чаще случаются пожары частных строений по вине грозового разряда и искр.
Громоотвод в частном доме актуален как для владельцев загородных коттеджей, так и для любителей провести время на даче. В силу особенностей электростатики, в последние десятилетия вероятность попадания электрического импульса при грозе немало возросла. Причиной тому обилие в домах электроприборов, электротехники, использующей эфирные каналы для обмена информацией. К тому же, как известно, молния скорее ударит в металлические предметы, если они есть рядом, чем в деревья. В современном жилье немало металлических предметов: металлическая кровля, антенна, защитный конус дымохода и др. Безусловно, в защите от молнии больше нуждаются деревянные постройки, но и при попадании в кирпичный дом, перечисленных фактов будет достаточно, чтобы возник пожар.
Вот несколько факторов, которые способны повлиять на решение – устанавливать или нет громоотвод в частном доме:
- состав почвы;
- высота участка над уровнем моря;
- климатологические характеристики района (частота гроз, влажность воздуха и др.).
Может Вас заинтересует статья Электропроводка на кухне
Хотя в целом, целесообразность устройства громоотвода в частном доме сомнений не вызывает. При имеющейся возможности, лучше снабдить свое жилье и участок необходимой защитой.
Контур заземления
Заключительный модуль громоотвода. Сразу стоит сказать, что для громоотвода должен быть свой контур. Его нельзя объединять с общим заземлением в частном доме. Это связано с тем, что импульс без особых усилий может пойти в домашнюю сеть питания, что сведет эффективность всей конструкции к нулю. Конечный модуль громоотвода представляет собой прямую или треугольную конструкцию, которая вкапывается в землю. Глубина погружения будет зависеть от качества грунта и близости грунтовых вод. В стандартной ситуации отрезки арматуры с длиной в 2 метра забиваются на глубине в 80 см и после этого соединяются металлическим уголком. В случае близости грунтовых вод штыри в контуре могут отсутствовать, а используется только сварной треугольник.
Обратите внимание! Требуемое сечение проводника, который будет использован в контуре заземления должно быть не меньше 100 мм2
Зона защиты
Следует понимать, что любые сооружения, призванные защищать от молнии, имеют ограниченный радиус действия. Они защищают пространство только вокруг себя. Поэтому при создании конструкции громоотвода работы необходимо выполнять так, чтобы в зону защиты попали все объекты, располагающиеся на участке. Только в этом случае им будет обеспечена защита от попадания молнии.
В настоящий момент по степени надежности различают сооружения, защищающие от молний. Выделяют два их типа:
- тип А;
- тип В.
Громоотводы первого типа обеспечивают защиту на 99%, что позволяет называть их самыми надежными конструкциями против молний. Сооружения второго типа обеспечивает защиту на 95%.
Громоотвод своими руками
Установка громоотвода
Если речь идёт о многоэтажном строительстве, то тут монтаж громоотвода выполняют специалисты. У таких конструкций тоже есть радиус зоны защиты, что позволяет размещать их на каждом здании. Перед установкой проверяют, попадает ли здание под защиту уже существующих громоотводов или же необходимо установить новый.
На даче или в частном доме такие вопросы решаются исключительно самими владельцами. Есть факторы размещения здания, которые могут в какой-то степени обезопасить вас от попадания молний. К примеру, если дом располагается по рельефу в наиболее низком месте. К тому же, принять на себя удар может расположенное рядом с вашим здание, имеющее большую высоту. Да и громоотвод, расположенный на доме соседа, возможно, оградит вас от беды. Поэтому нельзя твёрдо быть уверенным, что дом, на котором его нет, подвержен опасности.
Если вы осмотрели свои и соседние участки и не обнаружили такой защиты, то лучше всего побеспокоиться о её создании самостоятельно. Большую опасность представляют дома, в качестве кровельного покрытия у которых использованы металлочерепица или стальные листы. За привлекательным внешним видом скрывается проблема отсутствия заземления. Как правило, такое кровельное покрытие монтируется на обрешётку из дерева или рубероид, что способствует накапливанию электрического заряда из атмосферы. Разрядиться такое устройство может после грозы при обычном соприкосновении с человеком, пропуская ток в несколько тысяч вольт. Не нужно забывать, что молния может дать искру, от которой так легко воспламеняется дерево.
Чтобы обезопасить себя от пожара и смертельных исходов, заземление необходимо предусмотреть через каждые 20 м. В случае с металлической кровлей, можно обойтись без молниеотвода. Сам кровельный материал станет отличным молниеприёмником.
