Молниезащита дома

Молниезащита дома защит Ваш дом от одного из самых непредсказуемых и разрушительных явлений природы – молнии, последствия попадания которой в дом, не нуждается в описаниях. Всем известны эффекты непосредственного влияния разряда молнии на живые существа, дома и постройки, природные объекты. Для домов без молниезащиты — повреждения механические вплоть до полного разрушения, взрывы, возгорания и пожары. Для человека тоже ничего хорошего, поскольку тяжелое поражение электротоком и поражение молнией даже и сравнивать нельзя.

Попадание молнии в объект влияет и опосредованно – после события выявляются повреждения электроники и электрооборудования, выявляются сбои работы систем «жизнеобеспечения» дома, даже если визуально на проводке и аппаратах следов повреждения не видно.

Внешняя молниезащита дома

Устройство внешней системы молниезащиты дома, решенное комплексно, полностью обезопасит жильцов дома и само строение даже при прямом ударе молнии. Но электрическая система внутри дома испытает мощный импульс, когда окажется в электромагнитном поле молнии. Полевые воздействия по дальности взаимодействия непредсказуемы, и мощность у разряда может быть разная. Поэтому не обязательно, чтобы молния ударила и разряд был отведен молниезащитой дома — даже при разряде на удалении от здания дом и все его системы все равно окажутся под электромагнитным воздействием поля.

Внутренняя молниезащита дома

Если вспомнить, как быстро растет у нас в домах количество замечательной современной техники, электротехнической и электронной, и все больше в ее составе микропроцессов – то понятно, что электросети внутри дома все больше нуждаются в защите, и внутренняя молниезащита отнюдь не перестраховка, а реальная необходимость. Один мощный электромагнитный импульс – не важно, в здании или на большом удалении от него – и возможен скачок напряжения в силовой и осветительной проводке, с возможностью повреждения всех подключенных приборов и аппаратов. Кратковременные избыточные напряжения регистрируются и когда происходит растекание заряда, пойманного молниеотводящей системой.

Внутренняя молниезащита в части проектирования и монтажа требует профессионализма и учета всех особенностей конкретного объекта.

Применение системы уравнивания потенциалов (СУП) посредством монтажа общей шины, соединяющей металлические конструкции здания в один проводящий контур, защищает и проводку, и приборы от импульсных перенапряжений. Устранение разности потенциалов необходимо и между всеми токопроводящими элементами и конструкциями зданий, и между инженерными сетями и коммуникациями и самой заземляющей системой.

На «особо опасных» участках электросетей устанавливают УЗИП (устройства защиты от импульсного перенапряжения). Эти устройства предотвратят перенапряжения и искрение в защищаемых приборах.

Монтируют УЗИП по зонной схеме – с учетом, какую чувствительность к скачкам сетевого напряжения имеет каждый конкретный участок. Молниезащитные УЗИП первого класса (класс В), устанавливаемые на входном щите – самые мощные, они защищают внутридомовые сети от прямых ударов молнии. Ограничитель второго класса (класс С) защищает от наведенных (электромагнитных) токов. Особо чувствительная электронная микропроцессорная аппаратура требует особой защиты – ограничителей перенапряжения (ОПН), относящихся к категории D-класса.

В деревянном доме применяют все классы защитных устройств, монтируя их по «нисходящей», или УЗИП с полной комплектацией – три в одном. Но только правильный подбор защитных устройств и грамотный монтаж даст эффективную защиту.

Молниезащита всех наземных объектов строго регламентируется строительными нормами. Немного непонятно, почему руководящие документы и инструкции не требуют в обязательном порядке выполнять защиту частных строений от молнии, хотя и классифицируют их как относящиеся к третьей категории. Но добросовестный застройщик всегда просчитает вероятность негатива от всех природных факторов, в том числе и от прямого попадания молнии. Исходить следует не только из местной статистики и вероятности поражения молнией, но и из особенностей своего жилища. А деревянный дом и в этом контексте на особом положении, поскольку никакая антипиреновая обработка не сделает горючую древесину негорючей, а лишь отодвинет время возгорания. Загоревшись, деревянные дома сгорают без возможности восстановления за считанные минуты.

Деревянный дом требует особого комплексного подхода к молниезащите, и задача эта несколько сложнее, чем защита дома, выстроенного из менее горючего материала. Дому требуется как внешняя, так и внутренняя защита от молнии. Внешние молниезащитные системы складываются из трех основных элементов – молниеприемник, молниеотвод (токоотвод) и заземляющий контур.

Молниеприемник

Назначение этого устройства – перехват молнии при ее прямом попадании в объект. Возможны молниеприемники двух видов – активные и пассивные. От назначения вида молниеприемника зависит все устройство молниезащитной системы. Пассивные молниеприемники – это конструкции, устанавливаемые на защищаемый объект – металлические стержни, тросы, сетки и др. Защита от молнии при такой установке рассчитывается на определенную площадь или зону. Кроме общей защиты строения, защите подлежат и все его элементы, выходящие за контур кровли или каркаса, и оборудуется дополнительными молниеотводами.

Металлические токопроводящие части здания могут быть включены в защитную систему (то есть соединяться с заземлителями и выполнять дополнительно задачу молниезащиты), если выполняется хотя бы одно из определенных инструкцией условий.

Нормы регламентируют эти условия:

1. Прожог металлического покрытия кровли возможен при попадании молнии, если толщины железного кровельного покрытия меньше, чем 4 мм, алюминиевого – меньше, чем 7 мм, медного – меньше, чем 5 мм. Понятно, что до таких параметров металлические кровли частных домов не дотягивают. В этом пункте инструкции предполагается, что под металлом находится легковоспламеняющийся материал – обычно подкровельные системы сделаны из дерева.
2. В случае, когда стропильная система и обрешетка выполнены из несгораемых материалов, и материал, находящийся под металлом кровли, защищать от прожога не нужно, то для включения металлической кровли в молниезащитную систему достаточно, чтобы ее толщина была не меньше 0,5 мм.

Если выполняется хотя бы одно из этих условий, то в качестве токоотводов будут использованы все наружные токопроводящие элементы – водосточная система, наружная стальная лестница и др. Если в железобетонных конструкциях дома, монолитных стенах или стоечном каркасе (хотя для частного дома применение монолитного железобетона довольно редкий случай) имеется арматурный каркас, то включают в защитный контур продольную рабочую арматуру, связывая ее от кровли до фундамента сварными соединениями в определенных расчетом участках. В фундаменте наружный контур из арматурных стержней соединяют с системой заземления. Эта система в данном случае может быть упрощенной, и ее наружный ограждающий контур может проходить под зданием.

Широко применяемая для частных домов фальцевая кровля выполняется из стали, как правило, толще 0,8-1,0 мм, но крепят стальной лист на деревянную обрешетку, под которой находятся деревянные стропила и горючие слои гидро- и пароизоляции. При прямом ударе молнии нагрев до уровня воспламенения и локальное возгорание неизбежны.

Что касается металлочерепицы, то она ни при каких условиях не может выполнять роль молниеприемника, поскольку толщина у наиболее широко применяемых для частных домов видов металлочерепицы не достигает 0,5 мм.

Как вывод – металлическая кровля частного дома может быть применена как часть молниезащитной системы только в одном случае – если она уложена на негорючие подкладочные материалы, и соединена в одну токопроводящую сеть, с надежным обеспечением электрической связи от каждого проводящего элемента. Для предотвращения прожогов и оплавлений листов кровли толщины этих листов должны быть не менее указанных выше (медь – 5 мм; сталь – 4 мм; алюминий – 7 мм).

Для зданий с металлическими кровлями часто применяется несложная конструкция стержневого молниеприемника, вертикально установленного на самом высоком участке крыши – на коньке. Иногда стержень молниеприемника крепят на дымовые трубы, но при этом нужно учесть повышение нагрузки на трубу от ветра. Материал стержней должен быть коррозионно-стойким (медь, сталь оцинкованная и нержавеющая, алюминий), и иметь площадь сечения не менее 50 мм2 (для круглой стали это диаметр 8 мм). Возможен полый молниеприемник из стальной трубы с наконечником. Крепят стержни, располагая их так, чтобы они оконтуривали защитную зону, внутри которой будут располагаться все деревянные элементы здания и все его конструкционно выступающие части – каминные и печные трубы, элементы вентиляции и водостоков, угловые детали, в том числе архитектурные. Лучший вариант проектирования системы молниезащиты дома – на самой ранней стадии проекта, когда принимают решение по конструктивной схеме, фундаменту и т.д.

Расположение и схема системы молниезащиты зависит и от конструкции крыши – если деревянное строение имеет простую двускатную крышу, то эффективна тросовая защита – стальной трос (оцинкованная сталь сечением не менее 35 мм2) натягивается по закрепленным опорам. В качестве троса может быть применена медная проволока. опорные стойки для крепления троса выполняют из стали или дерева, поскольку эти стойки не входят в контур, а трос закреплен к ним посредством натяжных зажимов и соединяется с токоотводами. Прочность опор должна быть достаточна, чтобы выдержать натяжение троса с учетом ветровых и снеговых нагрузок, и возможное налипание снега и льда.

Третий вид молниеприемника – металлическая сетка – хорошо справляется с защитой здания от молнии в случае, когда это здание по высоте превышает все окружающие строения и имеет плоский вариант кровли, например, рубероид или черепицу. Молниеприемная сетка укладывается непосредственно на кровельные конструкции, как завершении кровельных работ. Для молниеприемных сеток применяется стальная проволока диаметром 8 мм, смонтированная по контуру крыши в сетку с ячейкой максимум 600*600 см и закрепленная в пересечениях сварными соединениями. Цельная сетка молниеприемника соединяется с токоотводами (количество – по расчету), а токоотводы – соединяются с ограждающим заземляющим контуром.

Для металлической кровли молниеприемная сетка лишена смысла, поскольку разряд молнии «увидит и выберет» сетку на токопроводящей плоскости крыши только в том случае, если стержни сетки будут очень массивными, что нерационально и технически проблемно. Но для черепичных кровель молниеприемная сетка предпочтительна – она не испортит архитектурный облик дома, а как защита от молнии будет полностью эффективна при условии соблюдения правил устройства и монтажа.

Над плоскими кровлями имеются и элементы, превышающие уровень кровли – антенна, труба печи, котла или камина и др. Эти объекты защищают отдельно, установкой стержневых молниеприемников определенным образом, на допустимом расстоянии от кровли. Каждый стержень монтируют на изолированном от кровли основании, и включают в замкнутый контур с молниеприемной сеткой.

Все молниеприемные устройства – сетки, стержни, тросы – в принципе защищают и действуют одинаково. Но для выбора конкретного устройства внешней защиты надо учесть все факторы – конструкцию дома и крыши, материалы кровли и подкровельных систем, а также соблюдать все рекомендации строительных норм по монтажу молниеприемников, их размерам, высоте, расстановке на крыше. Из трех видов молниеотводов тросовые системы считают наиболее эффективными, поскольку они расположены в верхних точках здания и зона их защиты максимальна, эта зона включает и крышу и все элементы, превышающие уровень крыши.

Ощетинившееся молниеотводами деревянное здание может в архитектурном плане и пострадать, но, как известно, даже смех бывает до поры до времени. Молния и последствия ее попадания в жилой дом – такие факты точно не смешны, а защита своего дома – долг его владельца. Поэтому, несмотря на расходы и внешность, системы молниезащиты устанавливают неукоснительно. Удачным вариантом может стать молниезащитная система с установкой молниеотвода не на крыше, а на отдельно стоящем объекте – например, высоком дереве. Условие – чтобы крона дерева должна быть выше самой высокой точки кровли, а стержень молниеотвода превышал крону минимум на 0,5 метра. Плюсы такой установки молниеотвода не только архитектурные, при этом исключаются причины возникновения недопустимого перенапряжения внутренних сетей, а также воспламенение деревянных частей дома.

Если изолированная установка принимающего устройства невыполнима, часто принимают тросовый вариант. Но расстояние от троса до ближайшей линии кровли не должно быть меньше полуметра. И еще – этот вариант предполагает надежную изоляцию опор для тросовой системы и обеспечение безопасного расстояния их от деревянной основы – также не меньше 0,5 метра.

Токоотвод

Задача токоотводов в молниезащитной системе – отведение тока от разряда молнии к заземлению. Соединение токоотвода и молниеприемника должно обеспечивать надежную электрическую связь с запасом прочности на форс-мажор – погодные и природные факторы (порывы ветра, удары от падения пластов снега или льда). Площади контакта для сварного соединения регламентируются – минимально удвоенная площадь сечения наибольшего из стыкуемых элементов.

Материалы для токоотводов – круглая проволока минимальным диаметром 8 мм, из стали с медным покрытием. Прокладка токоотводов выполняется снаружи здания, как можно дальше от оконных и дверных проемов. В идеале участок прокладки токоотвода – по глухой стене напротив входа в здание. Каждый молниеприемный стержень комплектуется не меньше, чем двумя токоотводами. Основные правила монтажа токоотводов – не допускать перегибания и углов от 90 град и меньше, для исключения рисков короткого замыкания.

Расположение токоотводов должно удовлетворять условиям:

• Длина токоотвода должна быть наименьшей
• Как можно равномернее по контуру здания, но не ближе, чем на 0,25 м друг от друга.
• Максимально близко к участкам с повышенной опасностью разряда (все выступающие элементы – углы, выступы фронтонов, слуховые окна, архитектурные «острые» детали, находящиеся на периметре кровли антенны и пр.)
• Удаление токоотвода от токопроводящих деталей и элементов здания не меньше, чем на 0,3 м.
• Расстояние от объекта защиты при устройстве монтажных креплений не меньше 0,15 м. Контакты металлических монтажных зажимов и стены допускаются. Возможно крепить стальными скобами и винтовыми зажимами, с контактом к стене. Ток при возможном приеме разряда молнии пойдет по пути наименьшего сопротивления – по проволоке токоотвода, при этом возможен его сильный нагрев. Удаление токоотвода от деревянных стен делается, чтобы предотвратить возможность возгорания дерева от раскаленной проволоки токоотвода.
• В конструкциях водостоков – трубах, желобах, по кронштейнам их креплений и пр. – размещение и крепление токоотводов запрещено.

Заземлители – это конечные элементы молниезащитной системы, отводящие ток молнии в землю. Задача заземления – защита строения от термического, механического и динамического воздействия. Частный дом должен иметь заземляющий контур, замкнутый в кольцо. Электроды-заземлители выполняются из стали диаметрами 14 мм при медном покрытии и соответственно 16 мм – с оцинкованным, или из нержавеющих сталей.

Длина электродов, и их расположение (по горизонтали и по вертикали) рассчитываются по исходным данным: проводимость и сопротивление конкретного грунта в основании участка, природные условия места постройки, конфигурация самого ограждающего контура и его протяженность и др. Эффективность заземления прямо зависит от величины удельного сопротивления, поэтому заземлители проектируют так, чтобы их размеры обеспечили максимальные площади контакта металла электрода и грунта. По логике, для надежности заземляющего контура и эффективности защиты чем больше электродов-заземлителей, тем лучше. Но и по расчетам, и по практике – молниезащита деревянных домов может быть обеспечена тремя вертикальными электродами, соединенными полосовой или круглой сталью. Все стыки в заземляющих контурах делают сварными, нахлесточным непрерывным швом, или используют специальный крепеж – электродные зажимы. Все элементы ограждающего контура должны иметь высокую коррозионную стойкость. Швы также изолируют, применяя обмазки или антикоррозионные ленты.

Конфигурация наружного ограждающего контура зависит от архитектуры дома в плане. Заземлители забивают в грунт в равных интервалах, глубина и длина электродов обычно не превышает трех метров.

Для правильной молниезащиты дома требуется выполнить расчеты, определить зоны безопасности над зданием и внутри здания. В этих зонах растекания тока разряд молнии при условии прямого попадания в молниеприемные элементы должен быть стропроцентно отведен в землю. При этом система должна быть максимально безопасной для человека и жилища, в том числе и в пожарном отношении.

Контроль за состоянием молниезащитной системы должен быть периодическим. Не менее, чем один раз в три года проверяется целость всех креплений и прочность стыков молниезащитных элементов, выполняется зачистка контактов и при необходимости, подтяжки или замена слабых соединений. Каждые 12 лет делают проверку ограждающего контура, вскрывая его по участкам. Если обнаружены коррозионные изменения на электроде больше чем на треть его длины, то электрод заменяют на новый.

Деревянный дом и его внутренние системы требуют самого серьезного подхода к молниезащите, поскольку от этой защиты зависит безопасность и защита жильцов от одного из самых непредсказуемых и страшных явлений природы – молнии.