В предлагаемых читателю Рекомендациях излагаются основные требования действующих нормативных документов, предъявляемые к молниезащите объектов третьей категории и выбору способа молниезащиты в каждом конкретном случае с учетом оптимального решения.Приводится краткое описание физических процессов, связанных с обеспечением защиты от поражения молнией, а также рекомендации по возможным способам выполнения защиты от прямых ударов молнии в защищаемый объект.Рекомендации помогут застройщику определиться с выбором типа молниезащиты, а проектировщику принять обоснованное решение.Книга представит практический интерес для работников проектных и электромонтажных организаций, застройщиков индивидуальных жилых домов, лиц, ответственных за электрохозяйство, студентов энергетических специальностей.

ВВЕДЕНИЕ

В литературных источниках по молниезащите в 50 - 80 годы подробно и доходчиво описаны некоторые простые способы защиты сельских жилых домов и животноводческих помещений. Однако последующие годы не ознаменовались новыми литературными изданиями по решению вопросов молниезащиты зданий в сельской местности.Наоборот, утвержденная в 1987 году Министерством энергетики и электрофикации СССР «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» (РД 34.21.122-87), единственный в стране документ, регламентирующий требования по молниезащите, не содержит жёстких требований к молниезащите подобных сооружений. Подобно тому, как все годы советского периода страны ни одним нормативным документом не предъявлялись требования к выполнению электроустановок индивидуальных жилых домов, также не замечалось наличие миллионов зданий в сельской местности, не оборудованных средствами защиты от поражения молнией. Так как частная собственность на средства производства считалась чуждой социалистическому строю, частный дом колхозника оставался полностью на его попечении. Контроль за строительством и эксплуатацией не входил в обязанности государства и оставался вне его поля зрения. Поэтому отсутствовала серьёзная научная и нормативная база для контроля за состоянием частного сельского жилого фонда страны.Такое отношение к национальному богатству страны приводило к массовому повреждению жилого фонда, когда от неправильно выполненной электроустановки дома горел каждый третий дом и каждый пятый поражала молния. Поскольку государство не тратилось на их восстановление, не было контроля за состоянием частного жилого фонда, не было нормативных требований к электроустановкам индивидуальных жилых домов, к их молниезащите.Последнее десятилетие ознаменовалось новым подходом к частной собственности. Появилась возможность у значительной части населения страны обзавестись современными домами, способными обеспечить городской комфорт в любой удалённой точке сельской местности.Появились нормативные требования к их электроустановкам, однако отношение владельцев этих домов к выполнению элементарных требований остаётся на прежнем «средневековом» уровне.Поворот в сторону запада, ужесточение требований к электро- и пожарной безопасности электроустановок жилых и общественных зданий начался со второй половины девяностых годов, с момента принятия стандартов Международной электротехнической комиссии (МЭК) в качестве стандартов России. Однако нормативная база по-прежнему адаптирована к городскому жилью, к условиям его внешнего электроснабжения и эксплуатации. Применение требований европейских стандартов к электроустановкам сельских домов с ненадёжными источниками электроснабжения, с далёким от требований стандартов качеством электроэнергии, мягко говоря, не могут адекватно обеспечить их электро- и пожарную безопасность, а также их сохранность.Что касается молниезащиты этих зданий, то требования к ней остаются пока на том же уровне до сего дня. Хотя необходимость в решении этой проблемы не менее актуальна. В этих условиях, учитывая изношенность электропроводок в электро- установках зданий не только в сельских, но и городских многоэтажных домах, дальнейшее промедление в принятии конкретных чрезвычайных мер по исправлению существующего положения с электрификацией быта неминуемо приведёт к массовому поражению людей и потере жилого фонда.Поэтому каждый владелец дома, будь то обычный бревенчатый сельский дом, новый сверхнавороченный современный коттедж или примитивный садовый домик (которых тоже миллионы), должен чётко уяснить себе, что только от него, владельца этого дома, зависит его благополучие и жизнь его близких. От его осознанного отношения к материальной части быта, её оснащённости электротехническими устройствами и эксплуатацией их на базе современных требований к электроустановкам, их электро- и пожарной безопасности.Выполнение устройств молниезащиты, правильно выбранных с учётом местных условий, может иметь настолько малую стоимость, что будет под силу владельцу дома не только в части расходов, но даже и в выполнении собственными руками.В книге автором ставится задача наряду с кратким описанием физических процессов, связанных с обеспечением защиты от поражения молнией, дать рекомендации по простейшим способам выполнения молниезащиты зданий без снижения её надёжности.Конечно молниезащита современного в несколько этажей коттеджа с башней для телескопа и множеством архитектурных изысков, выполняемая после его заселения, может оказаться очень непростой и в части проектирования и конечно же при реализации. Автору приходилось «ломать голову» над такими решениями. А всех этих проблем не было бы и в помине, будь в нормативной документации жёсткое требование о необходимости решения вопросов молниезащиты на стадии разработки проекта строительной части дома.Каждому владельцу дома ради собственной безопасности, снижения расходов на сооружение дома, его долговечной эксплуатации, необходимо чётко уяснить - только на стадии проектирования закладывается фундамент всех этих решений на основании требований существующей сегодня нормативной документации. И только от заказчика проекта зависит его будущее благополучие.В книге приведены различные типы молниезащиты, отвечающие требованиям к молниезащите объектов третьей категории, и пути их решения от выбора типа молниезащиты до решения ее конструктивных элементов. А также показаны способы определения зон защиты и методы расчета сопротивления заземлителей. Однако большинству застройщиков будет трудно принять правильное решение и им необходимо поручить решение этой проблемы проектной организации, имеющей лицензию на проведение проектных работ по электроснабжению и молниезащите, а монтажной организации - по монтажу.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МОЛНИИ И МОЛНИЕЗАЩИТЕ

1.1. Общие понятия

Для развития грозы необходимо возникновение в атмосфере особых условий, приводящих к образованию характерной грозовой облачности. Атмосфера нашей планеты насыщена водяными парами, скапливающимися в ней в результате испарения воды с поверхности морей, озер, рек, земли, растущих на ней деревьев и т.п. Чем теплее поверхность, с которой испаряется вода, тем сильнее испарение и тем больше водяных паров попадает в атмосферу. Поднимаясь на большую высоту и охлаждаясь в более низкой температуре верхних слоев атмосферы, водяные пары превращаются в капельки воды или кристаллы льда, образующие облака. Облака растут приобретая форму кучевых облаков и постепенно удаляясь от земли попадают в более холодные слои атмосферы, где под воздействием холода капли воды укрупняются и выпадают из облаков на землю в виде дождя. Очень бурное каплеобразование превращает дождь в ливень.Падая на землю, капли дождя соприкасаются с поднимающимся потоком воздуха, что приводит к появлению на них электрического заряда.Кроме того, одной из важнейших причин образования электрического заряда в облаках является разбрызгивание больших капель на мелкие. Разрушаясь под воздействием ветра, большая часть капли сохраняет положительный заряд, а мелкие брызги заряжаются отрицательно. Чем сильнее ветер, тем быстрее облако заряжается. Часть его получает положительный заряд, другая часть - отрицательный.Электрические заряды противоположных знаков стремятся соединиться друг с другом. При этом отдельные части облака, а также облако и земля начинают взаимодействовать друг с другом. Создается электрическое поле, под воздействием которого свободные электроны, находящиеся в воздухе, приобретают значительную скорость и устремляются к земле. Сталкиваясь на своем пути с атомами воздуха, электроны, в свою очередь, разбивают их на положительные ионы и электроны.Освободившиеся электроны устремляются также по направлению к земле и, снова сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют их. Возникает электронная лавина. За ней следует другая, третья. Их движение создает электрический ток, который, нагревая воздух, увеличивает его проводимость. Через сотые доли секунды электронные лавины достигают земли и образуется канал для разряда молнии, по которому начинает интенсивно протекать электрический ток. Происходит соединение отрицательного электрического заряда, скопившегося в облаке, через канал молнии, с положительным электрическим зарядом земной поверхности.Возникает электрический разряд огромной мощности - молния. Такая молния именуется линейной. Путь молнии не всегда прямолинейный, а чаще ветвистый. Это объясняется различными свойствами участков воздуха на пути молнии и она выбирает более легкий путь. Когда разряд приближается к земной поверхности, на его дальнейший путь начинает оказывать влияние заряд земли.Чаще всего разряд устремляется к возвышенным местам земной поверхности или к высоким предметам, где заряды особенно велики (трубы, мачты, холмы, деревья, дома и т.д.).Предпочтительным объектом для разряда молнии всегда является тот, который хорошо проводит электричество. В этом случае даже более высокий объект (предмет) с плохой проводимостью может оказаться нетронутым. На избирательность разряда оказывает влияние также проводимость почвы.Наблюдаются случаи прямого разряда молнии в дно глубокого оврага, где почва влажная, хорошо проводящая электричество, или в растущие в долине деревья, хотя высокие песчаные откосы оврага или возвышения вокруг долины остаются непораженными.Всякий электрический разряд, как правило, сопровождается треском. Линейная молния, представляющая собой электрический разряд огромной мощности, сопровождается сильным раскатистым треском - громом. Таким образом, гром - это озвученная молния.При развитии молнии канал ее заполнен одноименно заряженными частицами, которые, отталкиваясь одна от другой, сильно расширяют стенки канала. В момент разряда молнии, под воздействием возникающей высокой температуры в несколько тысяч градусов, воздух в канале стремится расшириться еще больше. В результате этого внутри канала молнии создается давление в несколько тысяч атмосфер, мгновенно пропадающее после исчезновения молнии. Образуются взрывные волны, подобные обыкновенной звуковой волне, воспринимаемые нами как гром.Характер и сила грома зависят от расстояния до места разряда молнии. Молния и гром возникают одновременно, но мы слышим раскаты грома позднее, чем видим светящийся разряд. Это объясняется тем, что свет молнии распространяется в атмосфере почти мгновенно, а звук - лишь со скоростью 330 м/сек. Чем ближе разряд к нам, тем раньше мы услышим раскат грома.Непосредственный разряд молнии на дом или сельхозпостройку считается прямым ударом молнии. Он производит сильные механические разрушения и пожары. В связи с тем, что в городах молниезащита зданий и сооружений производится довольно часто, а местами, в зависимости от защищаемых зданий и сооружений, их ценности, высоты, материала и т.п. - обязательно, разрушительное влияние молнии значительно снижено.В сельской местности - наоборот, разряды молнии приносят огромные убытки, особенно связанные с последующими пожарами.Нормативная база по молниезащите ориентирована на сохранение важных государственных объектов. О молниезащите десятков миллионов индивидуальных жилых домов говорится лишь вскользь, в то время как поражение молнией индивидуального дома для большинства сельского населения страны во все времена даже без человеческих жертв являлось огромной трагедией. Широкое развитие садовых товариществ с их скученностью и легкой воспламеняемостью помещений сезонного проживания подчас приводит к массовому выгоранию целых массивов, что также наносит непоправимый материальный ущерб не только садоводам, но и национальному достоянию страны. Прямыми ударами молнии люди и животные поражаются сравнительно редко.Чаще всего люди и животные при грозовых разрядах подвергаются шаговому напряжению и напряжению прикосновения, возникающими в момент прямого разряда молнии. Если человек во время разряда молнии проходит вблизи дерева, опоры линии электропередачи, молниеотвода или другого предмета, через который был прямой разряд молнии, то электрический ток молнии, растекаясь по земле, проходит и через ноги человека и замыкается снова на землю. Чем шире шаг человека, тем больше разность напряжений между точками соприкосновения каждой ноги с землей, тем больше ток, проходящий через тело человека (см. рис. 34).Напряжение, образуемое на поверхности почвы током, который растекается от места разряда молнии, называется шаговым. Оно определяется длиной шага человека или животного. Если ж ступни ног плотно сдвинуты, то шаговое напряжение и его воздействие на тело практически отсутствует, так как ток через тело человека не проходит.Животные более чувствительны к воздействию электрического тока (особенно крупный рогатый скот, лошади, козы и др.), так как их шаг имеет большую длину, и поэтому они могут оказаться под большим шаговым напряжением, а, следовательно, и большим током.Опасность шагового напряжения становится незначительной на расстоянии 8 - 10 м от места разряда молнии.Воздействию шагового напряжения подвергаются также люди и животные, находящиеся вблизи заземленного молниеотвода, в момент разряда молнии. Еще более опасно прикосновение человека к токоотводу при разряде молнии. В этом случае человек попадает под разность потенциалов, вызванных током молнии и сопротивлением токоотвода на участке от места прикосновения до земли. Разность потенциалов в этот момент может достигать десятков и даже сотен тысяч вольт. Мощность, развиваемая в момент молнии, очень велика - она может достигать нескольких сотен миллионов киловатт. Однако из-за чрезвычайно малой длительности разряда работа, полученная при разряде молнии средней интенсивности, сравнительно невелика.Расчеты показывают, что если бы всю энергию, выделенную при разряде молнии, использовать на подогрев 1 т воды, то удалось бы повысить ее температуру лишь на 10 - 15°.Кроме линейных, можно иногда наблюдать и другие виды молний. Наиболее часто из них встречается шаровая молния. Этот вид молнии изучен недостаточно и поэтому она представляет значительную опасность, несмотря на редкое проявление. Появляется она в месте разряда линейной молнии и имеет вид светящегося (огненного) шара, иногда вытянутого в форме капли, груши и т.п. диаметром 10 - 20 см (наблюдались шары от 1 до 100 см). Цвет может быть разный: красный, оранжевый, желтый и белый, свечение не очень яркое, однако четко различимое при дневном свете.Длительность шаровой молнии от доли секунды до нескольких минут. Затем она либо тихо исчезает, либо издает слабый треск, а иногда оглушительный звук, подобный взрыву. Шаровая молния способна перемещаться под действием ветра, сквозняка, обычно по извилистому пути. При этом слышен свистящий или шипящий звук, сопровождающий ее до исчезновения или разряда. Наблюдаются случаи, когда шаровая молния как бы катится вблизи поверхности земли, подпрыгивая на неровностях, иногда притягивается к проводам или проволочным ограждениям и катится вдоль них.Шаровая молния оседает на заземленных предметах либо двигается вдоль них, при этом эти предметы сильно разогреваются.В случае прикосновения или разряда на человека она причиняет сильные ожоги, следствием которых является смертельный исход.Шаровая молния может незаметно проникнуть в помещение через открытые окна, двери, печные дымоходы, небольшие щели. После нескольких причудливых необъяснимых перемещений она может незаметно уйти, не оставив после себя никакого следа.В результате разряда шаровой молнии в помещении чаще всего повреждается электропроводка, металлические предметы.Но часто она взрываясь приводит к пожару или производит серьезные разрушения. В месте взрыва наблюдаются обрывы проводов, отверстия, оплавление поверхностей и т.п.В связи с тем, что до сих пор не удается объяснить проявления шаровой молнии, невозможно рекомендовать надежные способы защиты от нее.Защита, применяемая от линейных молний, не дает должного эффекта при шаровой молнии. Поэтому, чтобы как-то оградить себя от возможного поражения шаровой молнией, необходимо придерживаться некоторых простых рекомендаций. Трубы на крыше могут служить хорошим путем для проникновения шаровых молний в дом, поэтому они могут появляться из печей. Покружив по помещению, шаровая молния часто уходит по тому же пути обратно. В помещении во время грозы необходимо держать закрытыми окна, двери, форточки, задвижки дымоходов, а вентиляционные отверстия необходимо снабдить заземленными металлическими сетками с отверстиями 3 - 4 см и диаметром проволоки 2 - 2,5 мм. Это особенно важно соблюдать, если известно, что в данной местности наблюдались случаи возникновения шаровой молнии.Учитывая, что движение шаровой молнии происходит по потоку воздуха, в случае встречи с ней необходимо «замереть» на месте, чтобы не привлечь ее к себе. Не исключено, что она может оставаться в покое в течение некоторого времени.Считается, что шаровая молния очень редко встречающееся явление, однако автору известен случай, когда в один сезон на садовом участке наблюдалась шаровая молния дважды. Оба раза после разряда линейной молнии в кровлю садового домика по кровле покатился шарик и разрядился на рядом растущее дерево. В другом случае - на соседний участок с другой стороны.В такой ситуации необходимо четко следить за тем, чтобы молния не вошла в дом, а дом естественно должен иметь надежную молниезащиту. Кроме того, во время грозы не рекомендуется выходить из помещения.

1.2. Частота поражения молнией земной поверхности

Подсчитано, что на всем земном шаре за год происходит 16 миллионов гроз, т.е. 44 тысячи ежедневно. Если принять, что средняя продолжительность грозы составляет 1 час, то получится, что в любой момент на поверхности земного шара происходит около 2 тысяч гроз. Однако грозовая активность или число гроз распределяется по поверхности нашей планеты неравномерно, в зависимости от географической широты, характера земной поверхности, рельефа местности, характера воздушных и морских течений и т.п.В равнинной местности, а также в северных и южных районах земного шара грозы происходят сравнительно редко. Наибольшее число гроз наблюдается в странах, расположенных ближе к экватору, что очевидно связано с активными испарениями.Грозы над материками бывают чаще, чем над океанами. В сухой пустынной местности количество гроз невелико. Но их много там, где почва достаточно влажна и местность имеет пересеченный рельеф.Встречаются районы на земном шаре, где бывает до 250 грозовых дней в году.Среднее число грозовых часов и дней в год в различных районах России и ближнего зарубежья показано на рис. 1 и в Приложении I.

Рисунок 1. Карта интенсивности грозовой деятельности
Как видно из приведенных выше материалов, количество грозовых дней на территории Европейской части России колеблется в пределах от 5 - 10 до 60 дней в году.Принято считать слабогрозовыми районы, где бывает до 10 грозовых дней (до 15 часов) в год.Районы с числом грозовых дней от 10 до 30 (от 15 до 30 ч/г) - считать грозовыми, а с числом грозовых дней более 30 (свыше 30 ч/г) - сильногрозовыми.Гроза обычно сопровождается дождем. Застигнутые в открытой местности люди стремятся спрятаться от дождя под деревьями. Однако находиться под деревьями, особенно высокими или отдельно стоящими, во время грозы очень опасно. При разряде молнии в дерево возможно поражение находящихся под ним людей.Кроме прямых разрядов молнии в дом или постройку и проникновения в него высоких потенциалов через коммуникации, для взрывоопасных и пожароопасных помещений дома представляют также опасность так называемые вторичные воздействия молнии. Дело в том, что при разрядах молнии даже на удалении до 0,5 - 0,7 км от дома вследствие электростатической индукции на изолированных от земли металлических частях, находящихся внутри дома и на крыше, могут наводиться высокие потенциалы относительно земли. Разряд молнии сопровождается появлением в окружающем пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Магнитное поле индуцирует в контурах, образованных из различных протяженных металлических предметов (трубопроводов, электрических проводов и пр.), электродвижущую силу, величина которой зависит от силы тока прямого разряда молнии, размеров и конфигурации контура, взаимного расположения канала молнии по отношению к этому контуру. В замкнутых контурах появляется ток, нагревающий их отдельные элементы. Но в силу незначительной величины и кратковременного протекания, наведенный ток не представляет опасности.В незамкнутых контурах ток вызывает искрение или сильный нагрев. Под действием наведенных напряжений, достигающих по величине десятков тысяч вольт, внутри дома могут возникать искры длиной в несколько сантиметров. Такая искра вряд ли может воспламенить горючие материалы, однако, если в помещении содержится взрывоопасная концентрация паров, газов или пыли горючих веществ, она может вызвать взрыв.Ко вторичным проявлениям молнии относят также появления разности потенциалов внутри здания вследствие заноса высоких потенциалов по подземным и надземным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям, воздушным линиям связи, воздушным линиям электропередачи и т.п.), радио и телевизионным антеннам и др.Таким образом, каждый дом и ценные приусадебные постройки должны быть защищены от разрядов молнии. Защищая здания, мы защищаем находящихся в них людей и животных, которые могли быть поражены током молнии или могли пострадать в результате вызванного молнией взрыва или пожара.

1.3. Электростатическая индукция

Во время грозы на земле и в облаке скапливаются электрические заряды, равные по величине и обратные по знаку. По мере приближения к земле канала молнии сильно изменяется электрическое поле вблизи земли. Особенно сильно оно меняется в начальной фазе главного разряда.На металлических конструкциях дома: кровле, антеннах, трубах, возникает значительная разность потенциалов по отношению к земле, достигающая десятков тысяч вольт, способная вызвать искру в воздушном промежутке длиной в несколько сантиметров.Длительность такой искры составляет микросекунды, но в определенных условиях (во взрыво- или пожароопасной среде) может привести к взрыву или пожару.В жилых домах, покрытых металлочерепицей, этот процесс может представлять повышенную опасность вследствие ряда причин: неправильной укладки и крепления листов кровли, отсутствия заземления кровли по всей поверхности, что во время разряда молнии вблизи дома может привести к множественным очагам искрения.Одной из главных мер защиты в этом случае, реально выполнимой на практике, является применение стержневых молниеотводов и заземление кровли.Установленный рядом с домом или на доме стержневой молниеотвод хотя и приближает разряд прямого удара молнии к дому, вследствие чего индуцированное напряжение возрастает, но в то же время, образуя встречный лидер, удаляет от защищаемого дома зону, в которой формируется главный разряд молнии, уменьшая тем самым величину шаговых напряжений. Во многих странах Запада наряду с пассивными широко применяются активные стержневые молниеотводы, образующие в предразрядный период лидеры ионизированного воздуха значительной высоты в направлении к молнии, что создает искусственный надземный канал для разряда молнии через этот молниеотвод.

1.4. Воздействия молнии на дом при прямом разряде

Жилые дома и различные хозяйственные постройки редко поражаются молнией; однако каждый ее разряд в незащищенное здание может привести к значительным разрушениям и представляет серьезную опасность для жизни людей и животных.Особенно тяжелые последствия вызывают разряды молнии для жилых домов из дерева - пожары.Ток молнии не представляет опасности для металлических проводников сечением 35 мм² и больше или металлических частей дома, имеющих хорошее соединение между собой и с землей. Однако поражение молнией домов, не имеющих электрического соединения с землей или сооруженных из непроводящего материала (кирпич, бетон, камень, дерево и т.п.), вызывает пробой на участке от точки удара молнии до земли. Образование канала разряда молнии в толще непроводящего материала сопровождается созданием высокого давления и температуры, приводит к разрушению элементов дома, по которым проходит ток. Известны многочисленные случаи расщепления по этой причине кирпичных и деревянных стен домов, деревьев. Соприкосновение канала разряда молнии, имеющего весьма высокую температуру, с легковоспламеняющимися и горючими материалами или взрывоопасными смесями газов, паров и пыли вызывает пожар или взрыв.Разряд внутри не имеющего молниезащиты дома или хозяйственной постройки опасен для жизни находящихся в нем людей и животных. Разряд может произойти через тело человека, а ток разряда может оказаться смертельным. Разряды молнии в провода воздушных линий (электрических, телефонных, радиотрансляционных и др.) вызывают появление в этих проводах высоких потенциалов, которые проникают в дома, вызывая искрение с электропроводки, штепсельных розеток, выключателей, телефонных аппаратов, репродукторов и др. электроприемников на землю или на заземленные элементы дома (водопроводные, отопительные или канализационные трубы и другие металлические элементы дома, имеющие связь с землей). Такие разряды также могут представлять серьезную опасность для людей. Большинство случаев поражений людей связано именно с тем, что высокие потенциалы проникают в дома по проводам воздушных вводов.Для взрывоопасных и пожароопасных помещений дома представляет угрозу также проникновение потенциалов по подземным трубопроводам и кабелям, т.к. даже маломощные искры в таких помещениях способны вызвать взрыв или пожар.

1.5. Защита домов и приусадебных построек от молнии

Защита зданий от разрядов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Оно состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя разряд молнии, токоотвода и заземлителя.Защитное действие молниеотводов основано на свойстве молнии поражать прежде всего более высокие, имеющие надежную связь с землей металлические объекты. Во время лидерной стадии в разряде молнии, на вершине молниеотвода (на молниеприемнике) скапливаются заряды, создающие наибольшие напряженности электрического поля на пути между развивающимся лидерным каналом молнии и вершиной заземленного молниеотвода. По этому пути и развивается разряд. Возникновение и развитие с молниеотвода встречного ионизированного канала предопределяет разряд молнии в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий, чем молниеотвод, будучи расположенным поблизости от него или под ним, оказывается заэкранированным молниеотводом и встречным лидером и поэтому практически не будет поражаться молнией.Пространство вокруг молниеотвода, защищенное от попаданий молнии, называется его зоной защиты. Защищаемый дом (постройка) должен полностью входить в зону защиты молниеотвода. Вследствие того, что пути разрядов непостоянны, защищенность объекта обеспечивается лишь с определенной степенью надежности (не более 98 %).Отдельно стоящие или закрепленные на доме молниеотводы по типам молниеприемников разделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются в виде вертикально установленных стержней (мачт) с установленными на них молниеприемниками, соединяемыми токоотводами с заземлителями, а тросовые - в виде горизонтально подвешенных тросов (проводов), являющихся молниеприемниками. По опорам, к которым крепится трос, прокладываются токоотводы, соединяющие молниеприемник с заземлителем. Тросовые молниеотводы применяются для защиты длинных и узких сооружений, а также в тех случаях, когда из-за каких-либо других причин нельзя установить необходимое число стержневых молниеотводов. Для подавляющего большинства зданий защита стержневыми молниеотводами оказывается более простой и удобной.Помимо стержней и тросов в качестве молниеприемников могут использоваться конструктивные элементы зданий, например металлические кровли и трубы, парапеты и др., а также отдельные проводники или сетка из стальных проводников, прокладываемых по крышам защищаемых объектов.Дома с железной кровлей, соединенной токоотводами с заземлителем, в установке дополнительных молниеотводов в большинстве случаев не нуждаются. Они находятся как бы в металлической клетке, принимающей на себя разряды молнии. Способ защиты с помощью такой клетки (клетки Фарадея) может быть применен по отношению к небольшому числу зданий: от небольших сельских построек до современных кирпичных и железобетонных коттеджей, имеющих кровлю из оцинкованного железа (речь идет о металлической кровле из листовых материалов, собираемых с помощью кровельного шва. Покрытие из металлочерепицы не относится к ним) или плоскую кровлю с уложенной на ней молниеприемной сеткой.В семидесятые годы XX столетия некоторыми зарубежными фирмами началось производство активных молниеотводов. Первые образцы стержневых активных молниеотводов снабжались источниками радиоактивного излучения. Предполагалось, что за счет радиоактивного излучения над молниеотводом образуется канал ионизированного проводящего воздуха, как бы увеличивающего высоту молниеотвода, а следовательно и его защитную зону. При этом главным образом в меньшей степени нарушается архитектурный облик защищаемого здания. Особенно это имеет значение при установке молниеприемника на кровле защищаемого здания. Проектируемые без учета требований молниезащиты здания, как правило, значительно теряют в архитектурном облике, особенно при установке молниезащиты после сооружения здания. Автору неоднократно приходилось «ломать голову» пытаясь, с минимальными потерями для архитектурного облика и механической надежности кровли, запроектировать молниезащиту после сооружения дома. Как правило, это возможно только с применением отдельно стоящего молниеотвода (см. рис. 3.1 Приложения III), которое также не решают задачу сохранения архитектурного облика, т.к. требует сооружения очень высокого молниеотвода и значительных материальных затрат. В этом случае предпочтительнее решение молниезащиты дома с применением активных молниеприемников. В последние годы в ряде зарубежных стран (Франция, Испания, Чехия и др.) начато производство и применение серии активных молниеотводов без использования радиоактивных материалов. Идея создания ионизированного канала воздуха в таких молниеотводах сохранена и осуществляется за счет электронных устройств, активизирующихся в предгрозовой период и обеспечивающих канал для разряда молнии на землю через этот молниеотвод. Значительное снижение высоты активного молниеприемника (практически до 2-х метров) с установкой его на коньке крыши, практически не нарушает архитектурного облика здания и обеспечивает надежную защиту от прямых разрядов молнии. Многолетние исследования ученых Франции привели к успешной разработке и более чем десятилетнему опыту использования различных типов активных молниеотводов, не содержащих радиоактивных изотопов. Принцип работы этих активных молниеотводов основывается на использовании упреждающей стриммерной эмиссии. Основой такого молниеотвода является активная головка с электронным блоком, который в предгрозовой период за доли секунды до разряда молнии вырабатывает высокочастотные импульсы. В результате этого на молниеприемнике головки молниеотвода возникает коронный разряд, образующий встречный ионизирующий канал для разряда молнии на молниеотвод. Этот ионизированный канал увеличивает эффективную высоту молниеотвода и многократно расширяет его защитную зону (см. рис. 2). Молниеотводы с активной головкой обладают рядом бесспорных достоинств и преимуществ по сравнению с пассивными молниеотводами: 1. Более высокой надежностью; 2. Значительным уменьшением расхода материалов на сооружение молниезащиты;
Рисунок 2. Молниеприемник активного молниеотвода
3. Возможностью установки на доме после завершения его строительства; 4. Возможностью удаления молниеотвода от защищаемого дома и уменьшения наведенного потенциала и шагового напряжения.Как всякое устройство, активный молниеотвод обладает также некоторыми недостатками, связанными не столько с конструктивными особенностями, но с условиями применения: 1. Малый опыт применения; 2. Отсутствие (на 2002 г.) Российского сертификата соответствия; 3. Отсутствие организации, обслуживающей подобные молниеотводы; 4. Отсутствие данных о надежности и сроке службы электронной головки; 5. Высокая стоимость устройства. Как видим из этого перечня «недостатков» меньше всего они касаются конструкции самого устройства. Опыт применения подобных активных молниеотводов в Европейских странах дает положительные результаты. Следовательно, при обеспечении соответствующих условий, дающих возможность уверенно применять их на законной основе, активные молниеотводы найдут широкое применение и в нашей стране.Сопоставляя стоимость сооружения отдельно стоящего молниеотвода в каждом конкретном случае, можно определить технико-экономическую эффективность применения того или иного способа молниезащиты данного объекта.В конце 2000 года появились сообщения об изобретении активного молниеотвода, «притягивающего» к себе шаровые молнии в радиусе до 1 км. Значение изобретения такого молниеотвода трудно переоценить, учитывая, что защита от шаровых молний до сих пор ни какими устройствами не обеспечивалась, а защиты от их воздействия на людей, животных, электроустановки и конструкции зданий не было. Если эксперименты покажут высокую эффективность применения подобных молниеотводов, наряду с другими активными молниеотводами, - технические проблемы молниезащиты практически будут сняты.

1.6. Защита от проникновения в дом опасных потенциалов по проводам ответвлений от воздушных линий

Высокие потенциалы возникают на воздушных линиях различного назначения (электрических, телефонных, радиотрансляционных) как при разрядах молнии непосредственно в эти линии, так и в результате электромагнитной индукции при разрядах молнии в непосредственной (до 0,5 - 0,7 км) близости от них. Проникая по проводам в дома, высокие потенциалы вызывают разряды, представляющие опасность для людей и электробытовых приборов и аппаратов, вызывая их повреждения.Наиболее простым средством защиты в этом случае является заземление крюков (или штырей) изоляторов на опорах ВЛ и на стенах при вводе воздушных линий в дом. Импульсное сопротивление заземления при этом следует делать по возможности меньше (не выше 20 Ом). Дополнительное заземление крюков на ближайшей к дому опоре и установка разрядников делает воздушные линии менее опасными для людей (особенно на ВЛ с деревянными опорами).

1.7. Категории молниезащиты

В соответствии с принятой в России классификацией зданий и сооружений по условиям защиты их от воздействия молнии в зависимости от степени опасности поражения молнией и выбора необходимых мер защиты все здания и сооружения разделяются на три категории.К первой категории относятся здания и сооружения, в которых хранятся или перерабатываются в открытом виде взрывчатые вещества или внутри которых длительно сохраняются или систематически возникают смеси газов, паров или пыли горючих веществ с воздухом или другими окислителями, способные взорваться от электрической искры.Ко второй категории относятся здания и сооружения, в которых взрывчатые или легковоспламеняющиеся вещества хранятся прочно закупоренными, а взрывоопасные смеси газов, паров или пыли с воздухом могут возникать только во время аварий или неисправностей.Все прочие здания и сооружения, в том числе жилые дома и сельхозпостройки, разряд молнии в которые может вызвать пожар, механические разрушения и поражения людей и животных, относятся к третьей категории. Они могут защищаться как отдельно стоящими молниеотводами, так и молниезащитными устройствами, устанавливаемыми на самом защищаемом объекте. Защита от вторичных воздействий молнии для зданий третьей категории не требуется. Если к объекту подходят воздушные линии, то осуществляется защита от проникновения высоких потенциалов.В стандарте МЭК 1024-1-1 «Молниезащита сооружений. Часть 1. Общие положения. Раздел 1. Руководство А - Выбор уровней (категорий) защиты для систем молниезащиты» установлено четыре категории молниезащиты с эффективностью систем защиты соответственно: I категория - 98 % II категория - 95 % III категория - 90 % IV категория - 80 %.
ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ МОЛНИЕЗАЩИТЫ
2.1. Общие положения
В основу проектирования и сооружения устройств молниезащиты должны быть положены:
1. Выбор рациональной системы молниезащиты дома с учетом его конструктивных особенностей, интенсивности грозовой деятельности, стадии сооружения дома, архитектурного облика.
2. Высококвалифицированные расчеты защитных зон, несущей способности конструктивных эле-ментов, способов защиты от вторичных проявлений молнии, с учетом применения современных средств молниезащиты.
3. Правильный выбор материала для несущих конструкций, молниеприемника, токоотводов, зазем-лителей с учетом их долговечной надежной эксплуатации.
4. Максимальное использование в качестве элементов молниезащиты конструктивных элементов дома, других сооружений, которые могут быть использованы для молниезащиты.
5. Использование унифицированных конструкций (опоры ВЛ, фундаменты, металлические профили и т.п.), применяемых в народнохозяйственном строительстве.
6. Надежные методы выполнения электрических соединений всех элементов сооружений молниеза-щиты с применением стандартных изделий.
7. Минимальная стоимость возводимых молниезащитных устройств при максимальной эксплуата-ционной надежности, электро- и пожарной безопасности.
Далее будут рассмотрены вопросы конструктивного выполнения отдельных элементов молниеза-щиты.
2.2. Молниеприемники
К молниеприемнику, предназначенному для приема прямого удара при разряде молнии, в конструк-тивном отношении предъявляются требования, обеспечивающие надежность его работы в процессе эксплуатации. Многолетний опыт проектирования и эксплуатации устройств молниезащиты определил оптимальные конструктивные характеристики молниеприемников, используемых при защите зданий.
Стержневые молниеприемники могут изготавливаться, как правило, из прокатной стали различного профиля. Наиболее распространенным профилем для изготовления молниеприемников яв-ляются прутки и водогазопроводные трубы (см. рис. 3).
Молниеприемник должен обладать достаточной прочностью при динамических воздействиях тока молнии, его сечение принимается не менее 100 мм2 при длине не более 2 м от точки закрепления на доме или конструкции молниеотвода. При использовании стальной трубы, ее верхний конец заваривают, плотно закрывают металлической пробкой или расплющивают.
Тросовые молниеприемники - это стальной трос, подвешенный над защищаемым домом, закрепленный на несущих конструкциях (опорах, мачтах). В качестве троса используют обычный стальной оцинкованный канат марки ТК сечением не менее 35 мм2. В принципе тросовые молниеотводы применяются для защиты протяженных сооружений (воздушные линии, здания большой длины и т.п.), однако в некоторых случаях применение тросового молниеотвода может оказаться эффективным и для защиты коттеджа. Как правило, абсолютное большинство из построенных в последние годы десятков тысяч коттеджей, не имеют устройств молниезащиты. И одним из возможных способов для их защиты могут быть тросовые молниеотводы, выполненные после ввода домов в эксплуатацию, на отдельно стоящих от дома опорах.

Рисунок 3. Конструкции молниеприемников
а) из круглой стали; б) из катанки; в) из стальной трубы; г) из стальной полосы; д) из угловой стали.
Закрепление троса на опорах производится с помощью натяжных клиновых или других зажимов и сцепной арматуры, применяемых для сооружения воздушных линий электропередачи. Соединение троса с заземлителем осуществляется с помощью плашечных зажимов типа ПС-1-1 и т.п. (см. рис. 4).
Сетчатые молниеприемники - это молниеприемники, укладываемые на кровле защищаемого дома или хозпостройки. Они выполняются из круглой стали (катанки) диаметром 6 - 8 мм. Могут так же применяться плоские стальные полосы сечением 4´20 мм. Поскольку молниеприемная сетка укладывается на кровлю дома, должен быть решен вопрос беспрепятственного стока дождевых вод, чистки снега и льда. С этой целью допускается укладка молниеприемной сетки под слоем негорючей тепло- и гидроизоляции или другой кровли. Размеры ячейки не более 12´12 м. Токоотводы выполняются через 25 м по периметру дома с присоединением к заземлителю из круглой стали диаметром 10 мм, выполненному вокруг дома.

Рисунок 4. Закрепление тросового молниеприемника на несущей конструкции
Соединение между собой отдельных ветвей сетки молниеприемника осуществляется при помощи сварки. Допускается болтовое соединение (см. рис. 5).
Примеры выполнения сетчатых молниеприемников см. рис. 6. Следует отметить, что в стандартах МЭК по молниезащите установлены более жесткие требования к выполнению сетчатых молниеприем-ников.
Во-первых, размер ячейки сетки уменьшается до 5 м; во-вторых, каждое пересечение имеет стерж-невой молниеприемник высотой не менее 250 мм; в-третьих, каждая ветвь молниеприемной сетки имеет токоотводы с обоих концов; в-четвертых, каждый токоотвод имеет заземление из двух вертикальных стержней и разъемный (плашечный) контакт для замера сопротивления заземлителя в процессе экс-плуатации.
Учитывая, что в последние годы в России все больше используются стандарты МЭК, в ближайшее время могут быть введены в действия стандарты МЭК по молниезащите. Поэтому при проектировании или сооружении молниеотвода сетчатого типа необходимо руководствоваться требованиями стандартов МЭК. Пример решения молниезащиты дома с помощью такого молниеприемника показан на рис. 6. В каждом конкретном случае, в зависимости от конструктивных особенностей крыши дома, материала кровли, финансовых возможностей застройщика, размеров, способов прокладки сетки, устройства за-землителей, определяется конструкция молниеотвода для каждого конкретного дома (хозпостройки). Требование РД 34.21.122-87[1] являются обязательными до ввода стандартов на молниезащиту.

Рисунок 5. Пример болтового соединения молниеприемника сетчатого молниеотвода с помощью зажимов типа ПС 1-1

Рисунок 6. Сетчатые молниеприемники
а) на односкатной кровле; б) на двухскатной кровле.
Покровные молниеприемники* - это естественные металлические** кровли зданий, имеющие надежный электрический контакт по всей поверхности кровли.
* Понятие «покровные молниеприемники» предлагается автором в целях более четкого различия типов молниеприемников.
** Кроме металлочерепицы.
Такими молниеприемниками могут быть кровли из оцинкованных или черных кровельных листов, собранных между собой кровельным швом, или гофрированных оцинкованных листов, закрепленных к обрешетке кровли дома таким образом, что крепящие винты объединяют отдельные листы между собой и создают приемлемый для пропуска тока молнии электрический контакт. Для покровных молниеприем-ников применяются токоотводы из стальной оцинкованной или черной катанки диаметра 6 - 8 мм, при-соединяемые к кровле с помощью специальных пластин (см. рис. 7) и не реже чем через 25 погонных метров периметра дома, прокладываемых по стенам к кольцевому заземлителю вокруг дома, выпол-ненному из круглой стали диаметром 10 мм или стальной полосы сечением 4´40 мм.
Учитывая, что требования РД 34.21.122-87 о прокладке токоотводов через каждые 25 погонных метров периметра дома значительно отстают от требований соответствующих стандартов МЭК, целесообразно прокладывать токоотводы по углам дома (когда расстояние между ними не превышает 25 м), а может быть и чаще, с учетом архитектурных особенностей дома, но, не превышая размеров, указанных в РД.
При этом для более надежного контакта кровли с заземлителем и надежного объединения листов кровли между собой можно порекомендовать в свес кровли, по всему ее периметру закатать горизон-тальные токоотводы, или объединить все гофрированные листы кровли с помощью горизонтального токоотвода.

Рисунок 7. Способы присоединения плоского (а) и круглых (б) токоотводов к металлической кровле:
1 - токоотвод; 2 - кровля; 3 - свинцовая прокладка; 4 - стальная планка; 5 - стальная пластина с приваренным токоотводом.
В свою очередь концы горизонтальных токоотводов с помощью плашечных зажимов соединяются с вертикальными токоотводами и создают надежный электрический контакт кровли с заземлителем, см. рис. 8. В этом случае ожидается снижение возможности прожога кровли при прямом разряде молнии непосредственно в кровлю дома.
Все возвышающиеся над кровлей предметы: дымовые и вентиляционные трубы, мачты антенн, другие архитектурные элементы крыши дома, должны быть оборудованы стержневыми молниеприемниками (или покрыты металлическими листами) и иметь надежный электрический контакт с кровлей (токоотводами).
Струнные молниеприемники* - это разновидность сетчатых молниеприемников, приме-няемых на зданиях с неметаллической двускатной кровлей (см. рис. 31 А), закрепляемых на коньке с помощью изолирующих (поддерживающих) стоек. Концы молниеприемника отгибаются вверх под уг-лом 45 - 50° для создания дополнительной защитной зоны по торцам здания. Молниеприемник выпол-няется из круглой стали Æ 8 - 10 мм.
* Понятие «струнные молниеприемники» предлагается автором.
2.3. Токоотводы
Токоотводом называется проводник, соединяющий молниеприемник с заземлителем. В качестве то-коотводов, как правило, используются круглая оцинкованная или черная стальная катанка диаметром не менее 6 мм. Часть токоотвода, находящаяся в земле, должна иметь диаметр не менее 10 мм. Подземная часть токоотвода при помощи сварки соединяется с заземлителем. Длина сварного шва должна быть не менее 6 диаметров соединяемых элементов.

Рисунок 8. Пример устройства токоотводов, закатанных в свесе кровли:
1 - кровля из оцинкованного кровельного листа; 2 - токоотводы Æ 6 мм; 3 - протяженный заземлитель Æ 10 мм; 4 - метал-лические зонты над трубами; 5 - дополнительный горизонтальный электрод в месте подключения токоотвода к заземлителю*; 6 - зажим ПС 1-1.
* Для грунтов с ρ ≤ 500 Ом • м, см. п. 2.13 РД.
Часто в качестве токоотвода используется также стальная полоса сечением 4´20; 4´40 мм.
Допускается использование токоотводов из меди*. В качестве токоотводов могут использоваться ме-таллические элементы обустройства дома (пожарные лестницы, парапеты, трубы) при условии обеспе-чения надежного электрического контакта всех элементов.
* Использование медных проводников в качестве токоотводов желательно при устройстве молниеотводов на крышах домов, имеющих кровлю из металлочерепицы.
Для токоотводов, прокладываемых непосредственно по кирпичным, бетонным или деревянным сте-нам домов и несущим конструкциям молниеотводов удобно использование круглой и полосовой стали. Прокладка и закрепление токоотвода на деревянных и других горючих поверхностях производится на специальных штырях, дающих возможность обеспечения расстояния между токоотводом и поверхно-стью конструкций дома не менее 100 мм (см. рис. 10).
При сооружении дома из монолитного железобетона или с железобетонным каркасом, возможно ис-пользование арматуры в качестве токоотводов. При этом обязательно должны быть выполнены сле-дующие условия:
1. Решение вопроса молниезащиты дома принимается на стадии проектирования дома;
2. Арматура, предусмотренная для токоотвода, должна иметь соответствующие сечения и надежные электрические соединения по пути тока к заземлителю, а также со всей арматурой дома;
3. Если используются железобетонные фундаменты в качестве естественного заземлителя, то их ар-матура также должна иметь надежные электрические соединения.
Гибкие токоотводы тросовых молниеприемников, установленных на деревянных несущих конструкциях, выполняются тем же тросом, что и молниеприемник. При этом сечение гибкого токоотвода не должно быть менее 35 мм.
Токоотводы следует прокладывать от молниеприемника к заземлителю по кратчайшим путям в местах, доступных для периодических осмотров. На всем протяжении они не должны образовывать петель или острых углов (рис. 9). В противном случае возможны пробои между разными точками токоотводов, а также обрывы их под действием электродинамических сил, возникающих при прохождении по ним тока молнии.
Расстояния между точками закрепления токоотводов обычно принимаются не более: 2 м - при вер-тикальной прокладке и 1 м - при горизонтальной. Крепление токоотводов к конструкциям дома, как и к несущим конструкциям молниеотводов, производится при помощи крепежных деталей и устройств. Допускается прокладка токоотводов из оцинкованной стали или с другим коррозийным покрытием и использованием элементов крепления с таким же покрытием непосредственно по поверхности кирпич-ных и бетонных стен. Для крепления на деревянных конструкциях используются стальные скобы, дер-жатели, гвозди, шурупы, а на кирпичных, бетонных и металлических конструкциях - хомуты, закрепы, дюбели, кронштейны и т.п. Примеры крепления токоотводов показаны на рис. 10 и 3.4 ¸ 3.6 Приложения III. При защите дома отдельно стоящим стержневым или тросовым молниеотводом, несущие конструк-ции которого выполнены из металла или железобетона, в качестве токоотвода рекомендуется использо-вать соответственно несущую металлоконструкцию или стальную арматуру. При этом диаметр арматуры не должен быть менее 6 мм, а отдельные элементы ее должны быть надежно соединены между собой сваркой. Для присоединения арматуры к заземляющему устройству последняя в нижней части железо-бетонной стойки опоры выпускается наружу. Так называемый «нижний заземляющий выпуск», которым оборудуются железобетонные опоры линий электропередачи. При использовании железобетонных стоек, элементы арматуры которых не имеют надежного металлического соединения, а также при применении железобетонных стоек с предварительно напряженной арматурой, не предназначенной для использова-ния в качестве заземляющего проводника, необходимо прокладывать отдельный токоотвод соответст-вующего сечения.

Рисунок 9. Прокладка токоотводов

Рисунок 10. Крепление токоотводов:
а) крепление полосового токоотвода на кирпичной стене; б) крепление токоотвода из круглой стали на кирпичной стене; в) крепление круглого токоотвода при помощи держателя.
Электрические соединения отдельных частей токоотвода между собой, а также с молниеприемником и заземляющим устройством осуществляются, как правило, при помощи сварки. Допускается болтовое соединение в надземной части.
При необходимости проведения в процессе эксплуатации замеров сопротивления растеканию зазем-ляющего устройства, соединение токоотвода с заземлителем производится при помощи болтового со-единения или плашечного зажима. Устройство таких соединений (испытательных разъемов) показано на рис. 11.
Присоединение токоотводов к металлической кровле, используемой в качестве молниеприемника, осуществляется с помощью специальных прижимных устройств, обеспечивающих достаточно большую контактную площадь токоотвода с кровлей.
Примеры таких контактов показаны на рис. 7. Для защиты токоотводов от механических повреждений, последние на высоте до 2,5 м от поверхности земли и на глубине до 0,5 м закрываются швеллерной или угловой сталью как это показано на рис. 12. Для всех токоотводов, независимо от места их установки и типа, необходимо предусматривать антикоррозийные покрытия. При этом для контактных поверхностей испытательных разъемов и других соединений нельзя применять краски, лаки и т.п.; для обработки этих поверхностей следует использовать лишь оцинкование, лужение или антикоррозийную металлизацию.

Рисунок 11. Устройство испытательных разъемов на токоотводе:
а) болтовой разъем; б) плашечный зажим.

Рисунок 12. Защита токоотводов от механических повреждений:
а) на бревенчатой стене; б) на кирпичной стене; 1 - токоотвод; 2 - стержень для крепления токоотвода; 3 - токоотвод (заземлитель) Æ 10 мм; 4 - хомут; 5 - уголок стальной; б - горизонтальный электрод заземлителя.
2.4. Несущие конструкции молниеотводов
Современные условия и практика молниезащиты зданий, в том числе и индивидуальных жилых домов, коттеджей и приусадебных жилых построек, позволяют использовать, в зависимости от преимущественного применения, соответственно древесину, железобетон и металл. Применение того или иного материала обуславливается требуемой высотой молниеотвода; расчетными механическими нагрузками, климатическими условиями, долговечностью; а также соображениями конъюнктурного характера.
Ниже приводятся конструктивные характеристики и технические показатели некоторых, наиболее распространенных типов несущих конструкций.
1) Деревянные конструкции отдельно стоящих молниеотводов широко применяются при защите не-высоких объектов, главным образом одноэтажных жилых домов и приусадебных построек. Несущие конструкции из дерева применяются, как правило, лишь для молниеотводов стержневого типа (см. рис. 13).

Рисунок 13. Стержневой отдельно стоящий молниеотвод:
1 - молниеприемник; 2 - несущая конструкция; 3 - токоотвод; 4 - заземлитель.
Использование деревянных конструкций для тросовых молниеотводов нецелесообразно, т.к. гори-зонтальные нагрузки от тяжения троса приводят к необходимости применения А-образных конструкций или конструкций с оттяжками, вызывающих значительные перерасходы материала и требующих боль-ших площадей в месте установки молниеотвода.
Стержневые молниеотводы, единственной доподлинной нагрузкой которых является только давление ветра, являются более предпочтительными, чем молниеотводы тросового типа. Однако по мере увеличения высоты молниеотвода эти нагрузки возрастают пропорционально удлинению стойки и при определенных условиях, зависящих от скорости ветра данного района и высоты молниеотвода, достигают таких значений, при которых использование дерева для несущих конструкций уже становится нецелесообразным. Практикой проектирования установлено, что оптимальная высота деревянных конструкций отдельно стоящих стержневых молниеотводов в зависимости от конкретных условий составляет не более 20 м. Материалом для изготовления несущих деревянных конструкций молниеотводов может служить древесина осины, лиственницы, ели, пихты; применение ели и пихты для приставок не рекомендуется.
Минимальный диаметр бревен в верхнем отрубе не должен быть менее 120 мм. В целях предотвра-щения преждевременного загнивания все деревянные детали несущих конструкций молниеотводов подвергаются антисептированию. Допускается использовать без обработки антисептирующими соста-вами воздушно-сухую древесину лиственницы зимней рубки. Увеличивает срок эксплуатации приме-нение деревянных стоек молниеотводов с железобетонными приставками, используемыми в сельском электросетевом строительстве. Наиболее эффективно применение железобетонных приставок, при ус-тановке молниеотводов в неблагоприятных грунтовых условиях (песчаные и суглинистые грунты), в которых загнивание подземной части деревянных стоек особенно интенсивно. Примеры устройства стержневых молниеотводов с несущими конструкциями из дерева приведены на рис. 3.7 и 3.8 Прило-жения III.
2) Деревянные конструкции молниеотводов, устанавливаемые на защищаемом доме, выполняются из пиломатериалов хвойных пород дерева. Древесина, используемая для этих целей, должна быть обяза-тельно воздушно-сухой сушки.
Конструкции выполняются в виде стоек, которые служат соответственно для закрепления на них молниеприемников и токоотводов. Площадь поперечного сечения стоек определяется расчетом в соот-ветствии с конкретными расчетными нагрузками, однако не должна быть менее 150 мм2. При установке непосредственно на кровле стойка закрепляется так, чтобы в процессе эксплуатации обеспечивалась стабильность ее положения и исключалось протекание крыши в месте установки стойки.
3) Железобетонные конструкции отдельно стоящих молниеотводов обладают высокими техни-ко-экономическими показателями, просты в монтаже, долговечны и надежны в эксплуатации. Железо-бетонные конструкции стоек молниеотводов могут быть выполнены с предварительным напряжением арматуры или с ненапряженной арматурой; из вибрированного или центрифугированного бетона; пря-моугольного или круглого (полого или сплошного) поперечного сечения.
Обычно в качестве несущих конструкций для этого типа молниеотводов служат типовые унифици-рованные железобетонные опоры, изготавливаемые на специализированных предприятиях для нужд энергетического строительства. Наиболее удобными для изготовления молниеотводов являются желе-зобетонные стойки опор линий электропередачи, контактной сети электрифицированного транспорта или уличного освещения городов.
На рис. 14 показаны общие виды железобетонных стоек молниеотводов, выполненных из вибриро-ванного и центрифугированного бетона. В качестве несущих конструкций этих молниеотводов использованы железобетонные стойки опор линий электропередачи.

Рисунок 14. Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных стойках опор воздушных линий электропередачи:
а) на стойке СВ 10.5-3.5; б) на стойке СВ 164-3-5; в) на стойке СК 22.1-1.
4) Металлические конструкции молниеотводов могут выполняться либо отдельно стоящими, либо установленными на защищаемом сооружении. При этом первые служат для закрепления на них как стержневых, так и тросовых молниеприемников; вторые - только стержневых молниеприемников.
Отдельно стоящие металлические конструкции молниеотводов используются при защите коттеджей в тех случаях, когда применение деревянных или железобетонных молниеотводов невозможно, техни-чески или эстетически нецелесообразно, а также когда с их помощью невозможно обеспечить надежную защиту коттеджа значительных размеров*. Металлоконструкции (особенно в виде пространственной фермы) способны воспринимать значительные механические усилия от воздействия ветра и тяжения тросовых молниеприемников, что выгодно отличает их от конструкций, выполненных из дерева или железобетона. Металлические конструкции молниеотводов применяются при защите высоких коттеджей, когда требуемая высота молниеотводов составляет более 20 - 30 м, или в случаях, когда металлическая конструкция создает более приемлемый архитектурный вид.
* См. рис. 3.1 Приложения III.
Как показывает опыт проектирования и сооружения устройств молниезащиты промышленных со-оружений, наибольшая оптимальная высота несущих конструкций отдельно стоящих молниеотводов (тросовых и стержневых) составляет порядка 45 - 50 м, жилых домов - до 30 м.
Для изготовления несущих конструкций применяется прокатная сталь в основном углового профиля. В ряде случаев для этих целей, как местный материал, используются стальные, бывшие в употреблении некондиционные трубы.
При необходимости применения отдельно стоящих стержневых молниеотводов такой высоты необ-ходимо обращаться за их проектом в специализированную проектную организацию.
Для защиты металла от коррозии вся конструкция молниеотвода (за исключением контактных по-верхностей) покрывается антикоррозийным лаком № 177 в два слоя с добавлением в верхний слой лака около 20 % алюминиевой пудры.
Несущие конструкции молниеотводов могут выполняться в виде пространственной фермы или теле-скопического устройства, состоящего из стальных труб различного диаметра. Наиболее распростра-ненной конструкцией является пространственная ферма, собранная из угловой стали и состоящая из отдельных сварных секций, соединенных между собой при помощи болтов.
Наибольший интерес среди применяемых в последнее время конструкций представляют несущие конструкции стержневых и тросовых молниеотводов, разработанные институтом «Тяжпромэлектро-проект» (см. рис. 15).
Металлические фермы этих молниеотводов комплектуются из отдельных пятиметровых секций. Минимальная высота стержневого молниеотвода составляет 10 м (2 секции), тросового - 15 м (3 секции); максимальная высота молниеотвода - 50 м.
Основаниями металлических молниеотводов служат сборные железобетонные фундаменты, исполь-зуемые для сооружения линий электропередачи с металлическими опорами.
Металлические конструкции, устанавливаемые на защищаемом доме, предназначенные для закреп-ления молниеотводов высотой до 10 м, подразделяются на два основных типа: настенные и кровельные.
Настенные конструкции выполняются, как правило, в виде кронштейнов, отдельные детали которых изготавливаются из угловой или листовой стали. Закрепление молниеотвода на кронштейне осуществ-ляется при помощи специальных хомутов или скоб.
Для установки стержневых молниеотводов на кровле здания используются оттяжки, изготовляемые, как правило, из угловой стали. При этом количество оттяжек принимается не менее трех, а угол сме-щения их по отношению друг к другу не менее 120°. Одним концом оттяжки прикрепляются при помощи болтов к кровле, а другим - к фланцу, установленному на молниеотводе, на расстоянии не менее 1/5 высоты молниеотвода. Основание молниеотвода снабжается специальным опорным устройством в виде фланца с ребрами жесткости, закрепляемым на кровле с помощью болтов.

Рисунок 15. Металлические стержневые молниеотводы: СМ-15, СМ-20, СМ-25
Защита металла настенных и кровельных конструкций от коррозии осуществляется аналогично не-сущим конструкциям отдельно стоящих металлических молниеотводов.
Пример установки молниеотвода на кровле дома приведен на рис. 16.

Рисунок 16. Крепление стержневых молниеотводов h = 5 - 10 м на бетонной кровле:
1 - кровля; 2 - молниеотвод; 3 - оттяжка из угловой стали; 4 - опора; 5 - фланец; 6 - токоотвод.
2.5. Заземляющие устройства
Накопленный опыт проектирования и эксплуатации молниезащитных устройств и экспериментальные работы, подтвержденные результатами фактических измерений, позволяют сделать выводы и рекомендовать оптимальные типы заземлителей.
1) В грунтах, имеющих небольшую величину расчетного удельного сопротивления (ρ < 300 Ом • м), наиболее целесообразны сосредоточенные вертикальные заземлители длиной 2,5 - 3 м, эффективно от-водящие токи молнии (рис. 17).
При высокой проводимости нижних слоев грунта рекомендуется применение удлиненных электродов (l = 4 - 6 м). При высокой проводимости верхнего слоя грунта следует применять протяженные заземлители длиной не более 10 м, так как дальнейшее увеличение длины лучей при указанных характеристиках грунта практически не приводит к снижению импульсных сопротивлений растекания тока.

Рисунок 17. Сосредоточенный вертикальный заземлитель:
а) одностержневой; б) двухстержневой.
2) В грунтах с расчетным удельным сопротивлением ρ ≥ 400 - 700 Ом • м оптимальным является комбинированный тип заземляющего устройства, например двух-трехлучевой тип с вертикальными электродами длиной 2,5 - 3 м (рис. 18). Наряду с лучевым расположением электродов большое распро-странение имеют комбинированные заземлители, выполненные в виде контура (квадрат, прямоугольник, кольцо), охватывающего защищаемый объект. При выполнении комбинированных заземлителей необ-ходимо учитывать отрицательный эффект взаимного экранирования электродов. Поэтому не рекомен-дуются многолучевые заземлители с близким расположением вертикальных электродов друг от друга (менее двойной длины электродов).

Рисунок 18. Комбинированный трехлучевой заземлитель
3) В грунтах с высоким удельным сопротивлением (ρ ≥ 800 Ом • м) предпочтительнее применять лу-чевые заземлители с длиной элементов 20 - 40 м. В отдельных случаях могут быть использованы про-тяженные заземлители кольцевой формы.
Элементы заземляющих устройств выполняются в основном из круглой, полосовой и уголковой стали. Допускается изготовление вертикальных электродов из некондиционных или бывших в употреблении (демонтированных) газовых и водопроводных труб. Наиболее ходовым сортаментом стали для изго-товления электродов являются: полосовая сталь шириной 40 мм и толщиной 4 мм, угловая сталь с ши-риной полки 40 мм, круглая сталь диаметром 12 - 16 мм, трубы с наружным диаметром 40 - 60 мм.
Наиболее радикальным средством защиты заземлителей от коррозии является оцинковка электродов. Необходимо помнить, что покраска и покрытие элементов заземлителя лаками или битумом резко сни-жают эффект растекания тока и поэтому категорически запрещается. Минимальные размеры (сечение) элементов заземлителей приводятся ниже:
полосовая и угловая сталь - сечение 48 мм2, толщина 4 мм;
трубы - толщина стенки 3,5 мм; круглая сталь - диаметр 10 мм.
Соединение электродов в единую заземляющую систему должно осуществляться, как правило, свар-кой. Длина сварного шва должна составлять не менее двойной ширины свариваемых полос и не менее шестикратного диаметра электродов из круглой стали. В ряде случаев (для возможности производства замеров) соединение заземлителя с токоотводом может производиться при помощи зажимов или болтов; при этом количество болтов должно быть не менее двух.
После окончания монтажа комплекса молниезащиты необходимо выполнить замеры сопротивления заземляющего устройства и сопоставить их с данными проекта. Замеры необходимо повторять в про-цессе эксплуатации в наиболее неблагоприятные дни грозового периода (сухое состояние почвы). Из-мерение сопротивления заземления выполняется специалистом.

Тэги: молниезащита в москве и твери, квалифицированный монтаж системы молниезащиты на промышленных объектах и узлах связи, в том числе своими силами, Тверь, Москва, монтаж системы молниезащиты на частных домах в Москве или Твери. в тяжелых условиях, возможность с использованием медной проволоки, монтаж системы молниезащиты бригадой альпинистов.