Стоит серьезно подойти к вопросы молниезащиты и заземления. В этой статье мы сделаем акцент на важные вещи в молниезащите вашего дома. Прежде чем приступать к монтажу, нужно изучить устройство молниезащиты. Нами была описана простейшая, а также проверенная система молниезащиты частных домиков. И, пусть сегодня для частных зданий молниезащита проектами электроснабжения не предусматривается (при сдаче дома в эксплуатацию наличие ее не обязательно), каждым владельцем принимается самостоятельное решение о целесообразности установки молниезащиты.
Спокон веков люди с боязнью относились к грозе. А ее спутники гром и молния наводили ужас. И это было правильно, потому что молния несла в себе достаточно большую опасность. Статистика вещь точная, она говорит о том, что в мире от удара молнии погибает более 3000 человек. А если исчислять материальные потери, то цифра будет зашкаливать за несколько миллиардов долларов. Но спастись от удара молнии еще научились наши далекие предки, которые придумали молниеотвод.
В настоящее время современные архитекторы не пренебрегают этим очень необходимым элементом дома. А дачнику сам бог велел установить молниеотвод для защиты жильцов и имущества. В разговорной речи молниеотвод называют громоотводом, неверная интерпретация этого устройства, но мы не будем претендовать на роль судьи. Система молниеотвода разработана давно и прекрасно работает до сих пор.
Суть работы молниеотвода - молниезащита
Суть работы молниеотвода заключается в следующем.
- При грозе между грозовыми наэлектризованными облаками и землей возникает разряд, как между обкладками конденсатора.
- Но молниеотвод не является в этой ситуации проводником электрического тока, он не берет молнию на себя и отводит ее.
Это возможно, только по одному принципу, большой природный конденсатор не накапливает заряд на обкладках, он постоянно находится в стадии зарядки.
- Поэтому напряжении на молниеотводе равна нулю.
Итог вышесказанного: молниеотвод - это не проводник и барьер от молнии, при молниеотводе молния не может возникнуть. Все именно так при одном условии, если молниеотвод смонтирован правильно.
Можно привести большое количество случаев, когда высокие молниеотводы в виде мачт «ловили» молнию.
Электрический ток - это движение электродов, именно движение. А, как известно из физики, любое движение идет по наименьшему сопротивлению, будь-то электричество, вода или газ.
Что такое незаземленный молниеотвод? Это просто подвешенный в воздухе кусок проволоки. А это достаточно, для того чтобы молния прошла по нему. Теперь вы понимаете, что заземление в молниеотводе считается главным элементом.
Заземление - это..
Вообще заземление - это простой металлический предмет, лучше всего большой площади и закопанный на большую глубину.
Металлическим предметом для заземления может выступать труба или уголок. Иногда изготавливают специальную конструкцию из нескольких уголков в виде перевернутой буквы «Ш».
Глубина закапывания заземления не должна быть меньше двух метров. Но труба и уголок не имеют большую площадь, поэтому рекомендуется укладывать другие предметы.
Например, бочка, спинка от металлической старой кровати, толстый металлический лист, сетка из толстой проволоки или арматуры.
Сезонная пора вносит свои коррективы в обслуживание громоотвода. Летом сухой грунт непременно необходимо увлажнять, так как электропроводимость и сухая почва не дружат.
Обычно для подобных целей к земле, на который заземлен громоотвод, делают сток, по которому идет вода с крыш или устраивают в этом районе сливной умывальник, или сливают туда вручную небольшое количество воды. Если место для громоотвода уже несколько продолжительных лет служит верой и правдой, его необходимо «подкармливать».
Монтаж молниезащиты
Делать это просто:
- в земле делают несколько дырочек, которые высверливаются на поверхности,
- в них засыпают техническую соль или селитру.
Не нужно опасаться того, что такая процедура может навредить зеленым посадкам. Соль быстро рассосется и проникнет глубоко в землю, устремляясь к грунтовым водам. Именно соль способствует увеличению электропроводимости и хорошему функционированию громоотвода.
Устройство заземления
- Заземление обеспечивается при помощи кабеля или толстого провода.
- Если вы выбираете для заземления кабель, то возьмите такой, у которого самое большое сечение.
Вам повезет, если в руки попадется витой провод из алюминия. Он прекрасно справиться со своей задачей, только при условии его полной изоляции, которая убережет все имеющиеся постройки. Такой кабель крепится при помощи жестяных или пластиковых скоб.
Устройство молниеотвода
Молниеотвод должен быть оголенным и не окисляться, то есть не подвергаться коррозии. Поэтому его делают из цветных металлов:
- медь,
- алюминий,
- дюралюминий,
- оцинкованная сталь.
Большое сечение заземления обязательно, поэтому для его изготовления используют всевозможные профили, полосы или большое количество смешанной проволоки. Предпочтение отдается луженым изделиям, а не покрытых лаком. Ни в коем случае нельзя изолировать или красить молниеотвод.
Специалисты утверждают, что молниеотвод защищает территорию, попадающую в гипотетический конус, с вершиной на конце молниеотвода и боковыми поверхностями под углом сорок пять градусов к самому устройству.
Высота молниеотвода будет равна двум размерам зоны безопасности.
Приведем пример, высота мачты молниеотвода равна 10 метрам, значит, в каждую сторону от нее зона безопасности так же будет равна 10 метрам. Из этого расчета и устанавливается молниеотвод и выбирается его высота, чтобы охватить всю территорию дома. Если возле вашего дачного дома растет высокое дерево, то его можно приспособить под мачту молниеотвода. Его необходимо прикрепить к длинному шесту и при помощи синтетических веревок приспособить в вершине дерева. Ни в коем случае не прикрепляйте молниеотвод гвоздями или металлическими хомутами, можно повредить само дерево. Рассчитайте так, чтобы ваш дом и хозяйственные постройки попадали под защитный конус, о котором мы рассказывали выше. Если данный конус не очень велик и не полностью защищает ваш дом, то необходимо установить дополнительный молниеотвод или несколько штук. Рассчитать можно самостоятельно.
Если дерево на вашем земельном участке отсутствует, то вместо мачты можно использовать телевизионную антенну. Обратите внимание, чтобы она была металлической и не крашеной. Если она так же закреплена на деревянном шесте, то рекомендуется соединить молниеотвод с заземлением оголенной проволокой, лучше всего чтобы их было несколько штук.
Молниеотвод на дымовой трубе
Иногда молниеотвод устанавливают на дымовой трубе, это не всегда приемлемо, потому что сильный порыв ветра может свалить не только это устройство, но и саму трубу. Есть необычный метод установки молниеотвода. Два шеста устанавливают на разных концах крыши на самой вершине конька, они могут быть, как деревянные, так и металлические. Между ними натягивается оголенная проволока на изоляторах. Эта проволока соединена с заземлением. У вас получится молниеотвод с зоной безопасности в виде шалаша.
Как и за любым устройством, за молниеотводом необходимо ухаживать, чтобы он прослужил долго и качественно выполнял возложенные на него функции. Поэтому один раз в год необходимо проверять все соединения между элементами молниеотвода. Обычно это делают весной, перед началом сезона гроз. Эти соединения изготавливаются из меди или латуни и называются колодки, клемники или орехи, как говорят в народе. Обычно концы соединений лудят припоем или соединяют специальными контактами. Обратите особое внимание на то, что с приходом летних гроз необходимо поливать место заземления.
Не надо испытывать судьбу и полагаться на случай. Лучше один раз изготовить правильно и качественно молниеотвод и решить многие проблемы, связанные с таким атмосферным явлением, как гроза. Вы сбережете от не только свое имущество, но и спасете своих близких. А молниеотвод будет работать не один год, только иногда приглядывайте за ним и выполняйте наши рекомендации. И у вас все будет хорошо.
Каким образом можно произвести молниезащиту в частном доме?
У молнии имеется огромная разрушительная сила, которая представляет значительную проблему для всего человечества еще с самых незапамятных времен. Молния является одним из наиболее опасных в природе явлений, которое представляет угрозу как для здоровья, так и самой человеческой жизни, также и для имущества. С развитием современных технологий и с возникновением разного рода беспроводного оборудования риски получить удар молнией увеличивается. Научные разработки современности, в то же время, весьма успешно ведут борьбу с такой проблемой. В момент надвигания на небе грозовых туч и пронизывания его молниями человек, умный и предупредительный, бояться их не будет по той причине, что этотчеловек уже заблаговременно защитил от прямых попаданий свое жилище. Таким образом, хороший хозяин в обязательном порядке проявит свой интерес, каким образом следует произвести молниезащиту в частном доме, он не станет пренебрегать таким простым и в этот же момент гениальным изобретением человека.
Что из себя представляет молния и чем может она быть опасной?
Очень важным аспектом является знание природы самого возникновения молнии. Система защиты именно на этом именно и базируется.
Молния является не только завораживающим, но также и достаточно страшным и сильным явлением. Молния является импульсом электрического тока, который возникает за счет накопления в грозовых тучах электрического заряда. Сила тока иногда достигает отметки в 200000 А. Но такие молнии, правда, бывают достаточно редко, наиболее часто встречаются молнии, у которых сила разряда достигает 100000 А. На планете каждую секунду образуется порядка 200 молний. Невзирая на то, что сама вероятность поражения молнией исключительно одного дома достаточно мала, все же лучше предостеречься, нежели потом об этом жалеть. Искровой электрический заряд проходит через разные материалы, приводя к образованию тепловой энергии, а она и есть причина разрушений и пожаров. Для построек из дерева она представляет особую опасность, а из дерева построена большая часть коттеджей и загородных домов.
У домовладельцев в связи с такой ситуацией часто постает вопрос о реальной необходимости защиты здания от удара молнии. Молниезащита в частном домике необходима: она сможет защитить здание от пожара. К тому же, стоимость такой системы в смете строительства займет совсем незначительную долю.
Видовые особенности молниезащиты, а также принципы действия этих устройств
Сегодня системы молниезащиты зданий делятся на два вида:
- пассивный,
- активный.
Пассивная система являет собой традиционную систему защиты, которая состоит из самого молниеприемника, токоотвода, также заземления. У нее довольной простой принцип действия: заряд ловится молниеотводом, потом направляется в сторону заземлителя с помощью токоотвода, а заземлитель в земле гасит его. Следует учесть материал кровли, а также вид крыши для того, дабы исходя из этих особенностей верно выбрать необходимый тип молниезащиты при обеспечении ее максимальной надежности.
Активная молниезащита по принципу своего действия работает таким образом: воздух ионизируется молниеприемником, перехватывая таким образом разряд молнии.
Другие элементы в активной системе молниезащиты аналогичны тем, которые имеются в пассивной системе молниезащиты, но радиус действия такой системы значительно больше - до сотни метров. В конкретном случае будет защищен не только здание, но также и близлежащие строения. Такого рода молниезащита загородного домика является довольно распространенной в большом количестве стран. Но стоимость ее, конечно же, намного выше, нежели у пассивной системы.
Устройство самой молниезащиты
Молниезащита представляет собой защитную меру, которая обеспечивает безопасность жилых зданий и жизни человека, проживающего в них, от разрушительной силы удара молнии. Как молниезащиту здания используют молниеотводы.
В состав молниеотвода входит три основных элемента:
- Контур заземления.
Молниеприемник являет собой металлический проводник, который установлен на крыше домика для того, чтоб принимать разряды молнии. Важно устанавливать его на наиболее высоком месте крыши. Если здание достаточно большое или у него имеется сложная конструкция, когда есть смысл установки нескольких молниеприемников. Молниеприемники могут быть разнотипными по конструктивному исполнению:
- Металлический штырь длиной до 0,2-1,5 метра, который устанавливается в вертикальном положении на наивысшей точке здания. Этим может быть как дымовая труба, так мачта телеантенны ли конек крыши. Он изготавливается из металла, который менее подвержен процессам окисления под открытым небом, - оцинкованной стали либо меди. У молниеприемника такого плана площадь сечения должна быть от 100м2 (в случае, когда форма будет круглой, тогда диаметр в 12 мм будет достаточны). Верхний конец полой трубки необходимо заварить. Такой метод подойдет для всех металлических кровель.
- Металлический трос, который натянут на паре деревянных опор в 2 метра высотой вдоль конька крыши. Специально для надежности конструкции возможно использование металлических опор, но тогда нужно использовать изоляторы для изолирования их от троса. Такой метод прекрасно подойдет для шиферных, также деревянных крыш.
- Молниезащитная сетка, которая закрепляется по коньку крыши здания, по поверхности настила с отходящими заземленными токоотводами идеальным образом подойдет для черепичной крыши.
Очень важно знать, что молниеприемники необходимо соединить с металлическими предметами, которые находятся на крыше: желобами, лестницами, вентиляторами.
Как альтернатива возведения на крыше молниеотвода возможно использование, к примеру, неподалеку стоящего дерева (конечно, если оно выше крыши дома на 15 м). Молниеприемники крепятся на верхушке дерева с тем расчетом, дабы он получился хотя бы на половину метра выше кроны дерева.
Затем молниеприемник присоединяется к токоотводу.
Токоотвод представляет собой часть молниеотвода, предназначенную для того, дабы отводить заряды молнии к контуру заземления от молниеприемника. Это толщиной в 6 мм стальная проволока, которую приваривают к молниеприемнику, что должна в соединении с самим молниеприемником выдержать нагрузку до 200000 ампер. Также нужно отметить, что между вышеуказанными составляющими молниезащиты сварка должна быть достаточно надежной, дабы исключить разрыв между ними или ослабление крепления при падении, к примеру, снежного пласта либо при сильном ветре.
Токоотвод спускается по стенам с крыши, его прибивают скобками и направляют в грунт, именно к контуру заземления. В том случае, если в наличии нескольких токоотводов их на расстоянии в 25 метров друг от друга прокладываются по стенам, максимально отдаляясь от дверей и окон здания. Следует помнить о том, что токоотводы нельзя изгибать из-за возможности возникновения искрового заряда и дальнейшего воспламенения.
Согласно правил токоотводы должны быть максимально короткими, а прокладывать их нужно как можно поближе к местам с наибольшим риском: острым выступам, краям фронтонов, слуховым окнам.
Заземлением молниезащиты называется устройство, обеспечивающее надежный контакт земли и токоотвода. Это самый обычный контур: три электрода, связанные между собой и забитые в землю. Согласно правил заземление бытовой техники и молниезащиты обязательно следует делать общим. В том случае, когда заземления нет, довольно несложно его изготовить - у заземления достаточно простая конструкция.
Для этого следует взять медь с сечением в 50мм2 или нержавеющую сталь в 80мм2. Выкапывается траншея длиной в 3 метра и глубиной в 0,8, затем вбиваются стальные пруты по ее концам. При помощи стали и сварки соединяются эти два прута. Затем к данной конструкции приваривается отвод к зданию и к нему присоединяется токоотвод. Закрашиваются места сварки и до конца траншеи забивается заземлитель.
Важно знать то, согласно правил заземлитель должен быть расположен на расстоянии не ближе, нежели 1 метр от стен, также не менее, чем 5 метров от крыльца, проходов и пешеходных дорожек.
Провода, тросы молниеприемников, также токоотводы можно установить двумя способами:
- при использовании натяжных систем;
- с помощью дистанционных зажимов.
Натяжную систему установки молниеприемников проводят с установкой у основания жестких анкеров, также на крыше здания и на стенах, между ними натягивают трос. Они оборудуются специальной формы натяжными зажимами. Межде анкерами расстояние может быть 20 метров. Такого плана молниеприемники на плоских крышах оборудуются еще и дистанционными элементами, пластиковыми кронштейнами, к примеру. Они удерживают молниеприемники на определенных расстояниях над поверхностью крыши здания.
На плоских крышах и на стенах используют самозабивные, угловые зажимы, они крепятся дюбелями. На крутых крышах зданий, которые покрыты керамочерепицей, зажимы закрепить намного сложнее. Здесь следует использовать коньковые зажимы, они подходят по размерам и по форме к коньковой черепице. Такого плана зажимы, кстати, можно подобрать также под цвет черепицы с целью не испортить внешнюю облицовку кровли в момент произведения молниезащиты коттеджа.
Токоотводы, молниеприемники необходимо между собой связывать, также их нужно связать с элементами здания с помощью специального образца винтовых зажимов, изготовленных из меди, латуни или оцинкованной стали.
- До того, как начнутся сезоны гроз, ежегодно следует осмотреть молниеотвод, все его части, а также все места крепления для того, дабы при необходимости можно было произвести их окраску и замену.
- Раз в три года следует проверять исправность всех соединений, зачищать контакты, подтягивать ослабевшие соединения и при необходимости их заменять.
- Раз в пять лет следует вскрывать заземляющие электроды, проверять надежность соединения электродов, также глубину их коррозии. При уменьшении у проржавевшей детали сечения более, нежели на треть, тогда ее следует заменить.
Типы и устройство молниеотводов
Молниеотвод - устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. В быту также употребляется некорректное, но более благозвучное «громоотвод».
Во время грозы появляются большие индуцированные заряды, и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд.
Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.
Здания и сооружения защищают от прямых ударов молнии различными по конструкции молниеотводами. Но любой из молниеотводов включает в себя четыре основные части: молниеприемник, непосредственно воспринимающий удар молнии; токоотвод, соединяющий молниеприемник с заземлителем; заземлитель, через который ток молнии стекает в землю; несущую часть (опору или опоры), предназначенную для закрепления молниеприемника и токоотвода.
В зависимости от конструкции молниеприемника различают молниеотводы:
Стержневые
Тросовые
Сетчатые
Комбинированные.
По числу совместно действующих молниеприемников их делят на:
Одиночные
Двойные
Многократные.
Кроме того, по месту расположения молниеотводы бывают:
Отдельно стоящие
Изолированные
Не изолированные
Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Благодаря этому свойству более низкое по высоте защищаемое здание практически не поражается молнией, если оно входит в зону защиты молниеотвода. Зоной защиты молниеотвода называется часть пространства, примыкающая к нему и с достаточной степенью надежности (не менее 95%) обеспечивающая защиту сооружений от прямых ударов молнии.
Наиболее часто для защиты зданий и сооружений применяют стержневые молниеотводы.
Молниеприемник стержневого молниеотвода представляет собой вертикально расположенный стальной стержень любого профиля длиной 2… 15 м и площадью поперечного сечения не менее 100 мм 2 , укрепленный на опоре, расположенной, как правило, не ближе 5 м от защищаемого объекта. Молниеприемник соединяют с заземлителем токоотводом, выполненным из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, а в случае прокладки токоотвода в земле - не менее 10 мм. При устройстве молниеприемников непосредственно на крыше здания выполняют как минимум два токоотвода, а при ширине крыши более 12 м - четыре. Если длина защищаемого объекта более 20 м, то на каждые последующие 20 м длины требуется устанавливать дополнительные токоотводы; при ширине здания до 12 м - на обеих сторонах здания. Все соединения (молниеприемник - токоотвод, токоотвод - заземлитель) следует сваривать. В качестве стержневых молниеотводов необходимо максимально использовать существующие вблизи защищаемого объекта высокие сооружения: водонапорные башни, вытяжные трубы и т.п. Деревья, растущие на расстоянии не более 5 м от зданий III…V степеней огнестойкости, также можно использовать в качестве опоры молниеотвода, если на стене здания напротив дерева на всю высоту стены проложить токоотвод, приварив его к заземлителю молниеотвода.
Тросовые молниеотводы чаще всего применяют для защиты зданий большой длины и высоковольтных линий. Эти молниеотводы изготовляют в виде горизонтальных тросов, закрепленных на опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод. Молниеприемники тросовых молниеотводов выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм 2 . Следует отметить, что стержневые и тросовые молниеотводы обеспечивают одинаковую степень надежности защиты.
В качестве молниеприемников можно использовать металлическую крышу, заземленную по углам и по периметру не реже чем через каждые 25 м, или наложенную на неметаллическую крышу сетку из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм, имеющую площадь ячеек до 150мм 2 , с узлами, закрепленными сваркой, и заземленную так же, как металлическая крыша. К сетке или токопроводящей кровле присоединяют металлические колпаки над дымовыми и вентиляционными трубами, а в случае отсутствия колпаков - специально наложенные на трубы проволочные кольца .
Заземлители МЗС
МЗС нужен, чтобы отвести в землю ток молнии после ее удара в молниеприемник. Но для этой цели нет нужды в специальном контуре заземления. Току молнии некуда деваться. Он безо всякого заземлителя растечется в грунте после удара молнии в поверхность земли или, например, в дерево.
Может быть при низком сопротивлении заземления молниеотвод эффективнее притягивает молнию? Теория и эксперимент дают здесь отрицательный ответ. Для притяжения молнии важен рост плазменного канала от вершины объекта, так называемого встречного лидера. Развитие лидера сопровождается током через сопротивление заземления молниеотвода и на нем теряется напряжение. Однако потеря очень мала, потому что этот ток вряд ли превышает 10 - 20 А. Даже на сопротивлении заземления Rз = 000 Ом потеря напряжения составит 10 - 20 кВ - величина пренебрежимо малая по сравнению с потенциалом 20 - 100 кВ, который несет к земле канал молнии. Итак, рассмотренные причины отпадают. Остается одно - безопасность процесса растекания тока молнии в земле. При ударе в молниеотвод ток молнии может превысить 100 кА. Даже в случае качественного заземления молниеотвода с сопротивлением заземления Rз ~ 10 Ом речь пойдет о напряжении порядка 1000 кВ. Столь сильный подброс напряжения становится причиной больших напряжений. Прикосновения к металлоконструкциям молниеотвода, на достаточно большом расстоянии от молниеотвода возникают опасные шаговые напряжения, между зеземлителем и подземными коммуникациями (например, кабелями цепей управления) действуют высокие напряжения, достаточные для искрового пробоя грунта и ввода в эти коммуникации значительной доли тока молнии. При очень высоком напряжении возможен даже искровой пробой по воздуху на металлоконструкции объекта, которые этот молниеотвод призван защищать .
Молниезащита сельской индивидуальной малоэтажной застройки в соответствии с широко распространенным опытом должна осуществляться при помощи молниеприемников на крышах домов или на высоких деревьях, высота которых в 2-2,5 раза выше домов застройки. Эти рекомендации исходят из того, что сооружение предлагаемых молниеотводов не потребует значительных материальных затрат, при этом забывая, что кровля стоит больших денег и требует бережного к ней отношения, а установка молниеприемников на деревьях на высоте 15- 20 м не может быть рекомендована по соображениям техники безопасности.
Подавляющее большинство строений в сельской местности покрыты шифером,
дранкой или соломой, не допускающими без опасности их повреждения
установки молниезищитных устройств. И только строения, покрытые
металлом, могут быть оборудованы такими молниеприемниками.
В качестве универсального молниезащитного устройства может быть предложен одиночный стержневой молниеотвод с заземляющим устройством, представленный на рис. 2.
Преимуществом одиночного стержневого молниеотвода является его универсальность, возможность путем выбора соответствующего места защитить значительные площади с несколькими строениями, а также долговечность, простота обслуживания и т.д.
Цель нашей статьи - не только ознакомить читателей с методикой расчета молниеотводов, но и предложить конструкцию, на основе которой можно спроектировать и построить молниеотвод меньшей высоты. Для изготовления молниеотвода могут быть использовны бывшие в употреблении трубы, швеллеры и уголки.
Изготовление молниеотвода доступно тем, кто способен выполнять
простейшие слесарные работы: резку металла, в том числе и абразивным
кругом, сверление, опиловку и т.п. Сварочные работы должны выполняться
сварщиком или тем, кто имеет опыт сварочных работ. Подъем мачты
рассчитан на то, что эта операция будет производиться без использования
специальных машин силами 3-4 человек. Как следует из рис. 2,
молниеприемник и молниеотвод должны крепиться на мачте, высота которой
зависит от размеров зоны защиты молниеотвода.
На рис. 8 представлена конструкция молниеотводов, выполненная из
металла, в силу чего она может быть использована и как молниеприемник и
как молниеотвод.
Представленный молниеотвод состоит из узлов мачты и основания, соединенных между собой осью. На оси узел мачты, находящийся при изготовлении в горизонтальном положении, поворачивают и устанавливают в вертикальное положение. Такая конструкция позволяет избежать работ на высоте и дает возможность производить осмотр, окраску и ремонт мачты в более удобном горизонтальном (опущенном) положении.
Для предотвращения раскачивания мачты под действием ветров ее укрепляют с помощью трех растяжек.
Узел мачты представляет собой платформу, к которой приваривают мачту,
состоящую из 5 труб (рис. 8, дет. 1-5), соединенных сваркой. Узел
основания состоит из платформы, аналогичной платформе узла мачты, но
сваренной в зеркальном отражении (то есть полки однозначных деталей
должны быть обращены навстречу друг другу), как это показано на рис. 8.
Рис. 8. Конструкция металлического одиночного молниеотвода (номер, название, сортамент, размеры и количество заготовок). Узел мачты:
1 - труба Ду20, L=3,15 м, кол. 1 шт.;
2 - труба Ду25, L=3,15 м, кол. 1 шт.;
3 - труба Ду32, L=4,15 м, кол. 1 шт.;
4 - труба Ду40, L=5,15 м, кол. 1 шт.;
5 - труба Ду50, L=5,00 м, кол. 1 шт.;
6 и 16 - швеллер № 12, L=600 мм, кол. 2 шт.;
7 и 17 - швеллер № 12, l_=240 мм, кол. 4 шт.;
8 - косынка, лист толщ. 4 мм, треуг. 800x200 мм, кол. 3 шт.;
9 - полупетля: уголок 50x50 мм, L-170 мм, кол. 2 шт.;
10 - болты М12, кол. 6 шт.;
11 - прокладки, лист толщ. 1 мм, кол. 6 шт.;
12 - ось, круг (16 мм, L=700 мм, кол. 1 шт.;
13 - угольник стопорящий, уголок 50x50,
Ц=220 мм, кол. 1 шт.;
14 - болты М12, кол. 2 шт.;
15 - прокладки, лист толщ. 1 мм, кол. 6 шт.
Неподвижный узел:
18 - кронштейн, уголок 50x50 мм, 1_=180 мм, кол. 2 шт.;
19 - полупетля, уголок 50x50 мм, 1_=180 мм,
кол. 2 шт.;
20 - нога, труба ДуЮО, длина определяется
расчетом, кол. 3 шт.;
21 - пластина, лист толщ. 4 мм, 250x250 мм,
кол. 3 шт.;
22 - технологическая мачта, труба Ду50,
L=4500 мм, кол. 1 шт.;
23 - стремянка, круг Ф12, 1_=210 мм, кол. 2 шт.;
24 - растяжка, кол. 3 шт.;
25 - труба Ду32, 1_=120 мм, кол. 1 шт.;
26 - звенья цепи, кол. 3 шт.;
27 - пластина, кол. 1 шт.;
28 - упоры, кол. 3 шт.;
29 - фигурная шайба, кол. 3 шт.;
30 - швеллеры якоря (швеллер № 12, 1_=1500 мм, кол. 4 шт.; L=600 мм, кол. 4 шт.)
К платформе с нижней стороны приваривают три ноги, к нижней части которых также приваривают пластины. Длина ног зависит от глубины промерзания почвы и вычисляется по формулам, приведенным на рис. 11. Угольник 13 служит для стопорения поднятой мачты. Стопорение производят с помощью двух болтов Ml2, стягивающих угольник 13 с дет. 18, принадлежащей узлу основания.
Для регулировки положения мачты в поднятом состоянии предусматриваются
прокладки. Под каждой из полупетель 9 и под болтами угольника 13
устанавливают пакет прокладок толщиной 3 мм. Форма прокладок должна
обеспечивать возможность их удаления без снятия полупетель 9 и угольника
13.
Примерная форма прокладок представлена на рис. 8, дет. 11 и 15.
После изготовления деталей молниеотвода необходимо произвести сборку
узла мачты и узла основания. Сборку узла мачты начинают со сборки самой
мачты.
Последнее звено мачты (дет. 5) изготовлено из газоводопроводной трубы
Ду50 (2") с внутренним диаметром 53 мм. В нее должна вставляться дет. 4 -
труба Ду40 (1 1/2") с наружным диаметром 48 мм. Зазор между трубами
составляет 5 мм или 2,5 мм на сторону. Для центрирования труб необходимо
к концу трубы дет. 4 прихватить сваркой четыре предварительно
подогнутые пластины толщиной 2,5 мм, длиной 150 мм, разведенные между
собой на равные расстояния. После опиловки (если в этом возникнет
потребность) вставить обработанный конец трубы 4 в трубу 5 на глубину
150 мм. На ровной достаточно твердой площадке (например, дорожке)
уложить соединенные трубы дет. 4 и дет. 5 и с помощью подкладок
выставить их в горизонт, после чего сделать первую прихватку. Повернув
трубы на 180°, вновь выставив их в горизонт, делаем вторую прихватку.
Повторяем операцию, повернув сваренные трубы на 90°.
Производим проверку - трубы, повернутые под любым углом, должны сохранять параллельность. Убедившись, что сваренные трубы соосны,. окончательно обвариваем стык. Через ранее просверленные в трубе дет. 5 четыре отверстия диаметром 10 мм, расположенные в 120 мм от свариваемого стыка, сварить дет. 4 и 5, как это показано на рис. 8. Отличительной особенностью соединения дет. 4 с дет. 3 является то, что наружный диаметр дет. 3, равный 42,3 мм, будет больше внутреннего диаметра трубы дет. 4-41 мм. Излишний металл с дет. 3 удаляют при помощи напильника. Соединение дет. 3 и 2 проводят аналогично соединению дет. 4 и дет. 5, а соединение дет. 1 и 2 должно производиться без предварительной обработки. На этом сборку мачты заканчивают. Собранную мачту необходимо уложить на козлы с опорой на диаметры 2" и 1 1/2", как это показано на рис. 9-1.
Следующим этапом работы является изготовление платформ узлов мачты и основания. Платформы сварены из деталей 6 и 7, 16 и 17. На верхнюю часть платформы узла мачты в дальнейшем приваривают мачту, в силу чего сваренные детали должны образовать правильную плоскость. Детали платформы целесообразно сваривать на плоском металлическом листе. Во избежание сварочных деформаций детали 6 и 7 должны быть предварительно прихвачены с обеих сторон, в случае необходимости отрихтованы и только после этого обварены.
Для сборки платформ узлов мачт и основания необходимо платформу узла основания установить на верстак, затем размешают прокладки толщиной 3-4 мм и далее - платформу узла мачты. Потом собираем на болтах детали, образующие узел поворота и стопо рения платформ (рис. 8, дет. 9-15 и 18, 19). Проверяем возможность поворота и стопорения платформ узлов мачты и основания, после чего детали, закрепленные болтами на платформах, обвариваем. Для окончательной сборки к платформе узла основания приваривают ноги, к которым ранее были приварены пластины (рис. 8, дет. 20 и 21).
Для того чтобы мачта стояла строго вертикально, необходимо, чтобы верхняя плоскость платформы узла мачты, присоединенная к платформе узла основания и застопоренная болтами дет. 14, после установки и бетонирования должна быть в строго горизонтальном положении. Глубина котлована под установку узла основания зависит от глубины промерзания грунта. Формулы для определения глубины котлована представлены на рис. II.
Для установки узла основания необходимо выкопать котлован, глубина которого должна быть больше глубины промерзания.
Рис. 9. Этапы сборки молниеотвода
Это необходимо для того, чтобы во время замерзания и оттаивания грунта пучение не могло изменить вертикального положения мачты. В том случае, если грунты не подвергаются пучению (например, в случае водоненасышенных песчаных грунтов), глубина ямы может быть уменьшена до 1000 мм. Дно ямы должно иметь диаметр не менее 700 мм. На дно ямы укладывают слой бетона толщиной 150 мм. По истечении двух суток устанавливают узел основания в сборе с платформой узла мачты, размещают с помощью подкладок под ноги верхнюю плоскость платформы узла мачты в горизонт и фиксируют раствором положение узла основания, оставив в таком положении еще на трое суток. По истечении этого срока проверяют положение верхней плоскости платформы подвижного узла. Если оно не изменилось, заливают второй слой бетона толщиной 150 мм.
Такая фундаментальная заделка ног необходима для того, чтобы предотвратить возможность «выталкивания» ног, которое возможно даже в песчаных грунтах, так как вес всей конструкции не превышает 160 кг. По истечении 7-8 дней часть конструкции узла основания, выступающая над бетонной заливкой, должна быть покрыта двумя слоями битумной мастики, и после ее высыхания яму заполняют грунтом с утрамбовкой и сооружением отмостки, как это показано на рис. 10-III.
Приварка мачты к платформе является одной из наиболее ответственных операций, исправление которой практически невозможно.
К платформе (в месте приварки мачты) необходимо приварить муфту Ду-50. Приваренная муфта может обеспечить только положение мачты и ее удержание, но не обеспечивает ее перпендикулярность по отношению к платформе. Для обеспечения перпендикулярности необходимо, чтобы прямой уголок привариваемых косынок был проверен по слесарному угольнику и в случае необходимости доработан.
На мачту, уложенную на козлы, наворачивают платформу, мачту выставляют в
горизонт, в угольнике освобождают место под приваренную муфту и
закрепляют его на прихватках. Уровнем проверяют перпендикулярность
платформы и мачты. Мачту с прихваченной платформой поворачивают на 180°
и, убедившись, что перпендикулярность не нарушена, делают прихватку.
Аналогичным образом устанавливают остальные косынки, после чего весь
узел обваривают (рис. 9-1, 9-2, 9-3).
Рис. 10. Подъем и закрепление молниеотвода
Для соединения на петле узлов мачты и основания необходимо узел мачты подвесить на гаражной лебедке, как это показано на рис. 9-4, совместить отверстия и вставить ось (рис. 8, дет. 12).
Для подъема мачты необходима дополнительная съемная монтажная мачта. В качестве монтажной мачты используется труба Ду-50 (рис. 8, дет. 22). Длина выступающей части мачты за габариты платформы равна 4 м. Монтажную мачту к платформе крепят двумя стремянками (рис. 8, дет. 23), изготовленными из круглой стали диаметром 10 мм.
Монтаж одиночного стержневого молниеотвода содержит следующие
технологические операции: подвешивание растяжек, подъем мачты и
фиксирование ее в вертикальном положении, закрепление растяжек на
якорях, натяжение растяжек и присоединение токоподвода от заземлителя к
узлу мачты.
Верхние концы растяжек (рис. 8, дет. 24) крепят к кольцу с крючками,
состоящему из трубы Ду-32 (дет. 25) с приваренными к ней тремя звеньями
цепи, у которых срезаны с одной стороны закругленные части (дет. 26).
Для предотвращения разгиба приваренных звеньев, сверху накладывают
пластину (дет. 27), положение которой фиксируют тремя упорами (дет. 28).
К нижним концам растяжек приваривают шпильки с резьбой Ml2. Длина
нарезанной части шпилек равна 150-200 мм. Шпильки пропускают через
отверстия в швеллерах якоря (дет. 30). Для предотвращения деформации
шпилек под гайку под-кладывают фигурные шайбы, изготовленные из трубы
Ду-15 (дет. 29).
Якорь состоит из швеллера (дет. 30) любого номера, но желательно не
менее № 10, и приваренной к нему поперечины того же профиля, длина
которой 0,6-0,8 м. Для установки якоря необходимо отрыть котлован на
глубину 0,5 м, забить швеллер, как это показано на рис. 8, после чего
засыпать котлован грунтом с утрамбовкой последнего.
Вес растяжек при определении сил, действующих во время подъема, не учитывался ввиду его малой величины.
По окончании подъема и установки мачты в строго вертикальном положении, растяжки присоединяют к якорям и натягивают. Натяжение растяжек должно быть одновременным и равномерным, о чем можно судить по величине провиса каждой из них. В окончательном виде растяжки должны иметь небольшой, но одинаковый провис, что свидетельствует о равномерности натяга.
Подъем мачты производят с помощью лебедки, установленной в 15 м от молниеотвода и закрепленной на якоре, как это показано на рис. 10. Конструкция якоря с исполнительными размерами представлена на рис. 10-I. Учитывая, что якорь может быть использован в дальнейшем, например, при прокрашивании мачты, которое должно проводиться один раз в 3-5 лет, его сохраняют столько времени, сколько будет эксплуатироваться молниеотвод. Поэтому якорь нужно сооружать из металла, окрашивать битумной мастикой, что позволяет ему длительное время не терять прочности. Предлагаемая конструкция якоря этим требованиям отвечает.
Общая длина гибкой связи между лебедкой и мачтой составляет около 26 м,
из которых во время подъема на барабан лебедки будет наматываться только
8 м троса. Из этого следует, что могут быть использованы строительные
лебедки или ручные червячные детали, рассчитанные на высоту подъема 9
или 12 м. Из рис. 10 видно, что часть гибкой связи может быть выполнена
не тросом, а звеном из проволоки, которое будет постоянно закреплено на
мачте. При вертикальном положении мачты, нижнее кольцо звена будет
находиться в двух метрах от земли, что облегчит отсоединение и
присоединение троса.
Звено из проволоки представлено на рис. 10-V и 10-VI.
Можно использовать любой стальной трос, диаметр которого не менее 8 мм.
Петли на тросе образуют с помощью зажимов, представленных на рис. 10-IV.
Количество зажимов при образовании петли должно быть не менее трех.
Перед подъемом мачту устанавливают в наклонном положении, для чего
необходимо на расстоянии 8 м от петли установить козел высотой в 1,75 м.
В этом положении мачта будет находиться под углом 10° к горизонту.
Для определения правильности выбора параметров силовых элементов
конструкции (троса, лебедки, оси, петель и др.) необходимо знать
величины сил, действующих на эти элементы конструкции во время подъема
мачты. С этой целью на рис. 10 представлено два положения мачты: в
первоначальный момент подъема, когда мачта наклонена к горизонту под
углом 10°, и в последующий, когда мачта поднята к горизонту под углом в
60°.
Сила натяжения троса Т будет распределяться на силу, действующую вдоль
мачты М, и силу П, поднимающую мачту (направлена перпендикулярно к
мачте).
Указанные силы, а также сила веса отдельных элементов конструкции,
измеряются килограммами. Для определения этих сил произведем следующие
вычисления.
Мачта состоит из пяти труб (рис. 8, дет. 1-5), каждая из которых имеет свой вес. Определим вес каждой детали мачты. В таблице 9 в колонках 2, 3, 4 и 5 представлен подсчет веса каждой детали, входящей в мачту. Длина каждой детали мачты указана на рис. 8, а вес одного погонного метра взят из справочников.
Промышленность выпускает трубы с различной толщиной стенки, рассчитанной на работу под разным давлением: легкие, обыкновенные и усиленные. Наиболее распространенными являются обыкновенные, вес которых и использован в расчетах. Точкой приложения силы веса каждой из рассмотренных деталей является центр ее симметрии - середина детали, а направление силы - вертикально вниз.
Сумма моментов сил, приложенных в направлении по часовой стрелке, складывается из произведений силы веса деталей на расстояние (плечо) от точки приложения силы до оси вращения.
Пример 5. Деталь мачты 5 имеет длину 5 м. Вес одного метра трубы - 4,38 кг. Вес всей трубы равен 4,38 х5 = 21,9 кг.
Точка приложения веса находится в середине трубы, то есть на расстоянии 2,5 м от оси вращения. Момент, образованный силой тяжести, равен 21,9 кг х 2,5 м = 54,75 кгм.
При подъеме мачты на 10° расстояние от оси вращения стало не 2,5, а 2,4 м и момент стал 21,9 кг х 2,4 м = 52,56 кгм. При подъеме мачты на 60° расстояние от оси вращения до центра тяжести стало 1,3 м и момент стал равен 21,9 кг х 1,3 м = 28,47 кгм. Моменты, образованные этой силой, направлены по часовой стрелке.
В колонках 6 и 7 таблицы 9 имеются подсчеты каждого из моментов, образуемых деталями мачты при ее наклоне на 10°, а в конце колонки 7 суммирован итог, равный 563,4 кгм.
В колонках 8 и 9 имеются аналогичные подсчеты каждого из моментов, образуемых деталями мачты при ее наклоне на 60°, а в конце колонки 9 суммирован итог, равный 288,07 кгм.
Подъем мачты производят, натягивая трос. Для того чтобы мачта пришла в движение (обозначим этим начало подъема), необходимо создать такое натяжение троса, чтобы момент, образуемый весом мачты, был меньше момента, создаваемого натяжением троса.
Определим силы П, Т и М в начале подъема, то есть при наклоне мачты на угол 10°.
Учитывая, что трос закреплен на расстоянии 10 м от оси вращения, сила, которая должна создать момент, равный 565,4 кгм, должна быть приложена в месте закрепления троса, направлена против движения часовой стрелки, перпендикулярно к мачте и равна П = 563,4 кгм: 10 м = 56,3 кг.
Зная силу П по величине и направлению, а силы Т и М по направлению, с помощью графических построений можно определить величины последних сил. Точность, с которой будут определены эти силы, зависит от масштаба построения (производить его лучше на миллиметровке).
Построение графика, подобно изображенному на рис. 9, целесообразно проводить в масштабе один метр в натуре - два сантиметра на чертеже, а построения для нахождения сил Т и М в масштабе 5 кг - один сантиметр на чертеже.
Для нахождения сил Т и М необходимо отложить в масштабе силу П и из
конца этой силы провести линию, параллельную осевой линии мачты, до
пересечения с линией направления троса. А из точки пересечения
восстановить перпендикуляр к осевой линии мачты. В полученном
прямоугольнике необходимо измерить длину сил, направленных вдоль троса
(Т) и вдоль мачты (М) и с учетом масштаба установить величины этих сил. В
разбираемом примере сила натяжения троса Т равна 160 кг, а сила,
действующая вдоль мачты М, равна 140 кг. Таким образом, сила,
действующая на трос, лебедку и якорь, равна 160 кг, на ось и болты
крепления петель - 140 кг. Но трос выдерживает более 1500 кг, лебедка -
более 250 кг, якорь - 500 кг, а усилие среза одного болта М12 равно 1300
кг (то есть в конструкцию заложен значительный запас).
Рис. 11. Определение глубины котлована под фундамент и определение длины ног
Аналогичным образом можно определить направление и величины этих сил при подъеме мачты на 60°, однако из анализа данных таблицы 9 следует, что наибольшее натяжение троса возникает в первоначальный момент, в силу чего такой расчет не требуется.
Перед окончанием подъема во избежание удара в момент соприкосновения платформ мачту необходимо удерживать за растяжки.
Подняв мачту и не ослабляя троса, закрепляют платформу с помощью болтов (рис. 8, дет. 14). Если мачта имеет небольшой наклон, положение ее можно исправить с помощью регулировки прокладками (рис. 8, дет. 11, 15). Болты крепления при этом ослабляют, а прокладки только вынимают, после чего производят присоединение растяжек к якорям и их натяжение.
Токоотвод служит для соединения молниеприемника с заземлителями. Все соединения токоотвода должны быть сварными. Частью токоотвода будет являться мачта с платформой. К ней приваривают токоотвод, идущий от заземлителей.
Для того чтобы приварка токоотвода к узлу мачты не разрушалась во время неоднократных подъемов и опусканий последней, рядом с местом приварки должно быть сделано двойное кольцо, как это показано на рис. 10-III. Диаметр токоотвода должен быть не менее 6 мм.
Заземлитель (в соответствии с ранее приведенным расчетом) должен
состоять из трех электродов диаметром 12 мм, длиной 5 м, расположенных в
заземляющем устройстве в ряд на расстоянии 5 м один от другого. Для
сооружения заземляющего устройства необходимо откопать траншею глубиной
около метра и длиной немного более 10 м. Для более легкого погружения в
грунт концы электроводов отковывают на четыре грани, подобно сапожному
шилу. А если необходимо пройти через твердые грунты (например, слой
известняка), нужно приварить изношенное сверло несколько большего
диаметра. Погружение электрода в грунт производят несильными ударами при
постоянном проворачивании. После погружения конец электрода на длине
100 мм отгибают и к нему приваривают горизонтальный соединительный
стержень.
Рис. 12. Стержневой электрод заземления: 1 - стержень; 2 - забурник
Электроды также могут быть изготовлены в соответствии с рис. 12. Электроды этого типа вворачиваются в грунт с помощью забурника, приваренного к концу электрода. В процессе погружения происходит разрыхление грунта вокруг электрода, в силу чего контакт электрода с землею ухудшается.
Отличительной особенностью сооружения молниезащитного устройства на металлической крыше является то, что она используется как молниеприемник. Все выступающие элементы строения, расположенные выше металлической крыши, должны иметь собственные молниеприемники, соединенные с токоотводом.
Рис. 13. Токоприемник печной трубы: 1 - печная труба; 2 - крыша; 3 - токоприемник
Молниеприемник печной трубы представлен на рис. 13, телевизионная антенна, установленная на металлической мачте, должна иметь заземление (металлическую мачту присоединяют к токоотводу), а для предохранения радиоустройств следует устанавливать грозовые переключатели и искроразрядники. При приближении грозы следует прекратить прием и заземлить антенну. Металлическая крыша строения должна быть соединена с заземляющим устройством с помощью то-коотвода, который прокладывают по коньку крыши и крепят к ней через каждые 15 м. Крепление токоотвода к крыше дома представлено на рис. 14. Спуски токоотводов с крыши должны располагаться в таких местах, чтобы к ним не могли прикасаться люди (например, вдали от крыльца, прикрытые кустарником и т.д.).
Заземлитель, перед присоединением его к системе молниезашиты, должен быть испытан.
Рис. 14. Крепление токоотвода к металлической крыше: 1 - металлическая крыша; 2 и 3 - пластины крепления; 4 - болты
Для измерения сопротивления заземляющих устройств выпускаются специальные приборы: МС-08 и М-416. При отсутствии их можно измерить сопротивление при помощи амперметра и вольтметра. Схема измерения представлена на рис. 15.
Как следует из схемы, кроме испытуемого заземлительного устройства, обозначенного Rx, необходимо на расстоянии 40 м от него установить вспомогательный заземлитель RB и на таком же расстоянии зонд Кз- Рекомендованные расстояния нужны для исключения взаимного влияния их полей растекания. В качестве зонда можно использовать небольшой штырь. Сопротивление заземлительного устройства определяется по формуле:
Где
V - напряжение, измеренное вольтметром;
J - ток в цепи.
Точность измерения тем выше, чем больше сопротивление обмотки вольтметра
в сравнении с сопротивлением зонда R3, поэтому рекомендуется применять
электростатический вольтметр.
Рис. 15. Схема измерения сопротивления заземляющего устройства при
помощи амперметра и вольтметра: 1 - понижающий трансформатор; 2 -
вольтметр; 3 - амперметр; R3 - зонд, Rx- испытуемое заземляющее
устройство, RB - вспомогательное заземляющее устройство
Молниеприемник непосредственно воспринимает прямой удар молнии. Поэтому он должен надежно противостоять механическим и тепловым воздействиям тока и высокотемпературного канала молнии. Несущая конструкция несет на себе молниеприемник и токоотвод, объединяет все элементы молниеотвода в единую, жесткую, механически прочную конструкцию. В электроустановках молниеотводы устанавливаются вблизи токоведущих частей, находящихся под рабочим напряжением. Падение молниеотвода на токоведущие элементы электроустановки вызывает тяжелую аварию. Поэтому несущая конструкция молниеотвода должна иметь высокую механическую прочность, которая исключила бы в эксплуатации случаи падения молниеотвода на оборудование электростанций и подстанций. Молниеотвод должен иметь надёжную связь с землёй с сопротивлением 5-25 Ом растеканию импульсного тока. Защитное свойство стержневых молниеотводов заключается в том, что они ориентируют на себя лидер формирующегося грозового разряда. Разряд происходит обязательно в вершину молниеотвода, если он формируется в некоторой области, расположенной над молниеотводом. Эта область имеет вид расширяющегося вверх конуса и называется зоной 100%-го поражения.
Опытными данными установлено, что высота ориентировки молнии H зависит от высоты молниеотвода h. Для молниеотводов высотой до 30 метров:
а для молниеотводов высотой более 30 метров H=600 м.
где - активная часть молниеотвода, соответствующая его превышению над высотой защищаемого объекта:
Рисунок 1.1 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 - граница зоны защиты; 2 - сечение зоны защиты на уровне.
Для расчёта радиуса защиты в любой точке защитной зоны, в том числе и на уровне высоты защищаемого объекта, используется формула:
где - поправочный коэффициент, равный 1 для молниеотводов высотой меньше 30 метров и равный для более высоких молниеотводов.
Зоны защиты протяженных объектов в которых используется несколько молниеотводов, целесообразно, чтобы зоны их 100%-го поражения смыкались над объектом или даже перекрывали друг друга, исключая вертикальный прорыв молнии на объект защиты Расстояние (S) между осями молниеотводов должно быть равно или меньше величины, определяемой из зависимости:
Зона защиты двух и четырёх стержневых молниеотводов в плане на уровне высоты защищаемого объекта имеет очертания, приведённые на рисунке 1.3, а, б.
Наименьшая ширина зоны защиты, показанный на чертеже радиус защиты определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, а определяется по специальным кривым. На рисунке 1.2 показаны конструкции стержневых молниеотводов. Если у молниеотводах высотой до 30 метров, расположенных на расстоянии, наименьшая ширина зоны защиты равна нулю.
Рисунок 1.2 Конструкции стержневых молниеотводов на железобетонных опорах: а -из вибрированного бетона; б - центрифугированного бетона
Рисунок 1.3 Стержневые молниеотводы на металлических опорах: а - тросовый молниеотвод (несущая конструкция); б - стержневой молниеотвод (несущая конструкция)
На рисунке 1.3 показаны конструкции стержневых молниеотводов на металлических опорах. Радиусы защиты определяются в этом случае так же, как и для одиночных молниеотводов. Размер определяется по кривым для каждой пары молниеотводов. Диагональ четырёхугольника или диаметр окружности, проходящей через вершины треугольника, образованного тремя молниеотводами, по условиям защищённости всей площади должны удовлетворять зависимости:
Для молниеотводов высотой меньше 30 м:
Для молниеотводов высотой более 30 м:
Отдельно стоящие стержневые молниеотводы с металлическими опорами устанавливаются на железобетонных фундаментах. Токоотводамп для таких молниеотводов служат несущие конструкции. На металлических и железобетонных конструкциях ОРУ, как правило, устанавливаются молниеотводы с металлическими несущими частями. Конструкция их крепления определяется особенностями той конструкции ОРУ, к которой крепится стержневой молниеотвод. Обычно конструкция молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях ОРУ, представляет собой стальную трубу, нередко состоящую из труб нескольких диаметров. Молниеотводы высотой более 5 м в основании имеют решетчатую конструкцию из угловой стали. Потенциал на молниеотводе в момент разряда определяется зависимостью:
где - импульсное сопротивление заземления молниеотвода 5-25 Ом;
Ток молнии в хорошо заземлённом объекте.
Потенциал на молниеотводе определяется:
где - крутизна фронта волны тока;
- - точка молниеотвода на высоте объекта;
- - удельная индуктивность молниеотвода.
Для расчёта минимального допустимого приближения объекта к молниеотводу можно исходить из зависимости:
где - допустимая импульсная напряжённость электрического поля в воздухе, принимаемая 500 кВ/м.
Руководящие указания по защите от перенапряжений рекомендуют расстояние до молниеотвода принимать равным:
Эта зависимость справедлива при токе молнии, равным 150 кА, крутизне тока 32 кА/мксек и индуктивности молниеотвода 1,5 мкГн/м. Независимо от результатов расчёта, расстояние между объектом и молниеотводом должно быть не менее 6 метров.
Тросовый молниеотвод. Значения коэффициентов k и z берутся в зависимости от допускаемой вероятности прорыва молнии в зону защиты. Вероятность прорыва молнии в зону защиты равна отношению числа разрядов молнии в защищаемое сооружение к общему числу разрядов молнии в молниеотвод и защищаемое сооружение. Если допускается вероятность прорыва молнии в зону защиты 0,01, то коэффициент 1, а при допускаемой вероятности 0,001, т. е. защитные зоны тросовых молниеотводов несколько меньше защитных зон стержневых молниеотводов. Форма зоны защиты двух параллельных тросовых молниеотводов высотой до 30 м. Внешние границы зоны защиты каждого троса определяются так же, как и для одиночного тросового молниеотвода. В зависимости от конструкции опор, могут быть применены один или два троса, наглухо присоединённые к металлической опоре или к заземляющим металлическим спускам деревянных опор. Для предохранения троса от пережога током молнии и контроля заземления опоры крепления троса производится с помощью одного подвесного изолятора, шунтированного искровым промежутком. Эффективность тросовой защиты тем выше, чем меньше угол, образованный вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним из проводов. Этот угол называют защитным углом, принимая его величину в пределах
Зона защиты двух тросовых молниеотводов высотой более 30 м. Метод построения зоны защиты для этого случая такой же, как и для тросовых молниеотводов высотой до 30 м, но на расстоянии от вершины зона усекается так же, как у одиночных тросовых молниеотводов. Ширина защитной зоны, исключающей прямое поражение проводов на уровне высоты их подвеса, определяется зависимостью:
Эта зависимость справедлива для высоты подвеса троса 30 м и ниже.
Нужен ли громоотвод? Этим вопросом задается не один владелец частного дома, ведь разряд молнии может стать причиной выхода из строя всей бытовой техники или, еще хуже, пожара. Если дом расположен в поселке или городе в окружении себе подобных, то в громоотводе нет необходимости. Напротив, он может притягивать электрические разряды. Если же дом одиноко стоит в поле или на большом участке, возвышается на пригорке, а климат летом жаркий и сухой, с частыми грозами, то громоотвод просто необходим.
Устройство громоотвода
Первый громоотвод сконструировал Бенджамин Франклин, который, по совместительству, был не только президентом Америки, но и изобретателем. С тех пор конструкция этого приспособления не особенно изменилась, так как справляется со своей задачей оно хорошо. Громоотвод состоит из трех частей, соединенных между собой.
- Молниеприемник – самый заметный элемент, представляющий собой длинный стержень из алюминия, меди, стали или другого хорошо проводящего ток металла. Он крепится или вне его с таким учетом, чтобы верхняя точка возвышалась над крышей. Толщина молниеприемника зависит от металла, для стали это 50 мм кв., для меди – 35 мм кв. Возможна и конструкция в виде троса, натянутого над коньком по всей его длине, она считается более безопасной. И трос, и штырь должны опираться на деревянные подпорки. Металлическая крыша без защитного полимерного покрытия сама по себе может являться молниеотводом, но в этом случае ее необходимо хорошо изолировать изнутри. Такое устройство крыши оговаривается еще на стадии проектирования, так как выбираются материалы достаточной толщины, и сама конструкция имеет ряд особенностей.
- По токоотводу заряд от молнии уходит в землю. По сути, это провод, соединяющий молниеприемник с заземлителем. Толщина его зависит от материала и длины, так как он должен кратковременно справляться с нагрузкой в 200 тыс. ампер. Лучше всего подойдет медный провод сечением не менее 6 мм кв.
- Заземлитель – контур, по которому напряжение разряда передается в землю. Обычно он изготавливается из медных или стальных прутьев, диаметр которых зависит от их длины, вкопанных в землю. Не стоит использовать в качестве заземлителя для молниеотвода трубы водопровода или иных коммуникаций или контур заземления от электропроводки самого дома.
Громоотвод своими руками
Перед установкой громоотвода необходимо определиться с местом его размещения – будет ли это крыша дома или площадка на участке. Отдельно стоящая конструкция потребует большего расхода материала, но, при установке на границе участков, может защищать два и более домовладения. Такой громоотвод должен превышать самую высокую точку крыши на 2 метра.
Молниеприемник устанавливается на вышку, которая может быть изготовлена из трубы подходящего диаметра. Внутри нее будет проходить токоотвод, поэтому материал трубы должен служить изолятором, сверху хомутами крепится медный, стальной или алюминиевый стержень. Токопровод приваривается к приемнику.
Провод на тех участках, где он не будет защищен трубой, можно спрятать в гофру, чтобы уберечь от коррозии. Вышка вкапывается в землю на глубину 2-х метров, дополнительно ее можно зафиксировать подпорками, закрепленными на хомуте.
Если молниеприемник расположен на крыше, то он должен возвышаться над ее верхней точкой на 30 см. В этом случае токопровод прокладывают так, чтобы он не проходил около окон или дверей, до ближайших металлических конструкций (лестниц, водостоков) должно быть не менее 30 см. Кабель не должен иметь резких изгибов или прямых углов, так как в этих местах высока вероятность появления искровых разрядов. К стене он крепится пластиковыми хомутами на дюбели.
Выбирать место расположения заземления нужно с учетом того, что до ближайшего входа в дом или иные постройки должно быть не менее 3 метров, а от стен не менее метра. В этом месте выкапывают траншею длиной 3 метра и глубиной 1-1,5 метра. В ее концах забивают на глубину в 2 метра стержни из меди сечением 50 мм кв. или стали сечением 80 мм кв. (подойдет некрашеная арматура), соединяют их, приварив прут из того же материала. К контуру приваривают провод токоотвода и траншею вновь засыпают землей.
Возведение громоотвода на участке или на крыше потребует времени, навыков сварки и материальных затрат. Однако потери, которые могут произойти за доли секунды при попадании молнии в дом, ощутимо серьезнее.
Стоит помнить, что правильно сконструированный и установленный громоотвод будет эффективен лишь при установке в доме УЗО и ограничителей напряжения.