В.Н.ХАРЕЧКО
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОЛНИЕЗАЩИТЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ,КОТТЕДЖЕЙ, ДАЧНЫХ (САДОВЫХ) ДОМОВ И ДРУГИХ ЧАСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
МОСКВА
ЭНЕРГОСЕРВИС
2002
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.
Все предложения и замечания по настоящему изданию прошу направлять по адресу: 109147, Москва, а/я № 3, ЗАО «Энергосервис».
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» (РД34.21.122-87), 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, ких 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 сверх навороченный 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 капле образование 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 не пораженными.
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 онимогут 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 вблизизаземленного молниеотвода, в момент разряда молнии. Еще более опасноприкосновение человека ктокоотводу при разряде молнии. В этом случае человекпопадает под разность потенциалов, вызванных током молнии и сопротивлением токоотвода на участке от места прикосновения до земли. Разность потенциалов вэтот момент может достигать десятков и даже сотен тысяч вольт.
Мощность,развиваемая в момент молнии, очень велика - она может достигать несколькихсотен миллионов киловатт. Однако из-за чрезвычайно малой длительности разрядаработа, полученная при разряде молнии средней интенсивности, сравнительноневелика.
Расчетыпоказывают, 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°.
Кромелинейных, можно иногда наблюдать и другие виды молний. Наиболее часто из нихвстречается шароваямолния. Этот вид молнии изучен недостаточно и поэтомуона представляет значительную опасность, несмотря на редкое проявление.
Появляетсяона 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 придневном свете.
Длительностьшаровой молнии от доли секунды до нескольких минут. Затем она либо тихоисчезает, либо издает слабый треск, а иногда оглушительный звук, подобныйвзрыву. 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, когдашаровая молния как бы катится вблизи поверхности земли, подпрыгивая нанеровностях, иногда притягивается к проводам или проволочным ограждениям икатится вдоль них.
Шароваямолния оседает на заземленных предметах либо двигается вдоль них, при этом этипредметы сильно разогреваются.
В случаеприкосновения или разряда на человека она причиняет сильные ожоги, следствиемкоторых является смертельный исход.
Шароваямолния может незаметно проникнуть в помещение через открытые окна, двери,печные дымоходы, небольшие щели. После нескольких причудливых необъяснимыхперемещений она может незаметно уйти, не оставив после себя никакого следа.
В результатеразряда шаровой молнии в помещении чаще всего повреждается электропроводка,металлические предметы.
Но часто онавзрываясь приводит к пожару или производит серьезные разрушения. В месте взрыванаблюдаются обрывы проводов, отверстия, оплавление поверхностей и т.п.
В связи стем, что до сих пор не удается объяснить проявления шаровой молнии, невозможнорекомендовать 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 могутслужить хорошим путем для проникновения шаровых молний в дом, поэтому они могутпоявляться из печей. Покружив по помещению, шаровая молниячасто уходит по тому же пути обратно. В помещении во время грозы необходимодержать закрытыми окна, двери, форточки, задвижки дымоходов, а вентиляционныеотверстия необходимо снабдить заземленными металлическими сетками с отверстиями3 - 4 см идиаметром проволоки 2 - 2,5 мм. Это особенно важно соблюдать, если известно, что в данной местности наблюдалисьслучаи возникновения шаровой молнии.
Учитывая,что движение шаровой молнии происходит по потоку воздуха, в случае встречи сней 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 известенслучай, когда в один сезон на садовом участке наблюдалась шаровая молниядважды. Оба раза после разряда линейной молнии в кровлю садового домика по кровлепокатился шарик и разрядился на рядом растущее дерево. В другом случае - насоседний участок с другой стороны.
В такойситуации необходимо четко следить за тем, чтобы молния не вошла в дом, а доместественно должен иметь надежную молниезащиту. Кроме того, во время грозы нерекомендуется выходить из помещения.
1.2. Частотапоражения молнией земной поверхности
Подсчитано,что на всем земном шаре за год происходит 16 миллионов гроз,т.е. 44 тысячи ежедневно. Если принять, чтосредняя продолжительность грозы составляет 1час, то получится, что в любой момент на поверхности земного шара происходитоколо 2 тысяч гроз. Однако грозовая активностьили число гроз распределяется по поверхности нашей планеты неравномерно, взависимости от географической широты, характера земной поверхности, рельефаместности, характера воздушных и морских течений и т.п.
В равниннойместности, а также в северных и южных районах земного шара грозы происходятсравнительно редко. Наибольшее число гроз наблюдается в странах, расположенныхближе к экватору, что очевидно связано с активными испарениями.
Грозы надматериками бывают чаще, чем над океанами. В сухой пустынной местностиколичество гроз невелико. Но их много там, где почва достаточно влажна иместность имеет пересеченный рельеф.
Встречаютсярайоны на земном шаре, где бывает до 250 грозовых дней вгоду.
Среднеечисло грозовых часов и дней в год в различных районах России и ближнегозарубежья показано на рис. 1 и вПриложении I.
Рисунок 1. Карта интенсивности грозовойдеятельности
Как видно изприведенных выше материалов, количество грозовых дней на территории Европейскойчасти России колеблется в пределах от 5 - 10 до 60 дней в году.
Принятосчитать слабо грозовыми районы, где бывает до 10 грозовыхдней (до 15 часов) в год.
Районы счислом 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 обычносопровождается дождем. Застигнутые в открытой местности люди стремятсяспрятаться от дождя под деревьями. Однако находиться под деревьями, особенновысокими или отдельно стоящими, во время грозы очень опасно. При разряде молниив дерево возможно поражение находящихся под ним людей.
Кроме прямыхразрядов молнии в дом или постройку и проникновения в него высоких потенциаловчерез коммуникации, для взрывоопасных и пожароопасных помещений домапредставляют также опасность так называемые вторичные воздействия молнии. Делов том, что при разрядах молнии даже на удалении до 0,5 - 0,7 км отдома вследствие электростатической индукции на изолированных от землиметаллических частях, находящихся внутри дома и на крыше, могут наводитьсявысокие потенциалы относительно земли. Разряд молнии сопровождается появлениемв окружающем пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Магнитноеполе индуцирует в контурах, образованных из протяженных различных металлическихпредметов (трубопроводов, электрических проводов и пр.), электродвижущую силу,величина которой зависит от силы тока прямого разряда молнии, размеров и конфигурацииконтура, взаимного расположения канала молнии по отношению к этому контуру. Взамкнутых контурах появляется ток, нагревающий их отдельные элементы. Но в силунезначительной величины и кратковременного протекания, наведенный ток непредставляет опасности.
Внезамкнутых контурах ток вызывает искрение или сильный нагрев. Под действиемнаведенных напряжений, достигающих по величине десятков тысяч вольт, внутридома могут возникать искры длиной в несколько сантиметров. Такая искра вряд лиможет воспламенить горючие материалы, однако, если в помещении содержитсявзрывоопасная концентрация паров, газов или пыли горючих веществ, она можетвызвать взрыв.
Ко вторичнымпроявлениям молнии относят также появления разности потенциалов внутри зданиявследствие заноса высоких потенциалов по подземным и надземным металлическимкоммуникациям (трубопроводам, кабелям, воздушным линиям связи, воздушным линиямэлектропередачи и т.п.), радио и телевизионным антеннам и др.
Такимобразом, каждый дом и ценные приусадебные постройки должны быть защищены отразрядов молнии. Защищая здания, мы защищаем находящихся в них людей иживотных, которые могли быть поражены током молнии или могли пострадать врезультате вызванного молнией взрыва или пожара.
1.3.Электростатическая индукция
Во времягрозы на земле и в облаке скапливаются электрические заряды, равные по величинеи обратные по знаку. По мере приближения к земле канала молнии сильноизменяется электрическое поле вблизи земли. Особенно сильно оно меняется вначальной фазе главного разряда.
Наметаллических конструкциях дома: кровле, антеннах, трубах, возникаетзначительная разность потенциалов по отношению к земле, достигающая десятковтысяч вольт, способная вызвать искру в воздушном промежутке длиной в несколькосантиметров.
Длительностьтакой искры составляет микросекунды, но в определенных условиях (во взрыво- илипожароопасной среде) может привести к взрыву или пожару.
В жилых домах,покрытых металлочерепицей, этот процесс может представлять повышенную опасностьвследствие ряда причин: неправильной укладки и крепления листов кровли,отсутствия заземления кровли по всей поверхности, что во время разряда молниивблизи дома может привести к множественным очагам искрения.
Одной изглавных мер защиты в этом случае, реально выполнимой на практике, являетсяприменение стержневых молниеотводов и заземление кровли.
Установленныйрядом с домом или на доме стержневой молниеотвод хотя и приближает разрядпрямого удара молнии к дому, вследствие чего индуцированное напряжениевозрастает, но в то же время, образуя встречный лидер, удаляет от защищаемогодома зону, в которой формируется главный разряд молнии, уменьшая тем самымвеличину шаговых напряжений. Во многих странах Запада наряду с пассивнымишироко применяются активные стержневые молниеотводы, образующие в предразрядныйпериод лидеры ионизированного воздуха значительной высоты в направлении кмолнии, что создает искусственный надземный канал для разряда молнии через этотмолниеотвод.
1.4. Воздействиямолнии на дом при прямом разряде
Жилые дома иразличные хозяйственные постройки редко поражаются молнией; однако каждый ееразряд в незащищенное здание может привести к значительным разрушениям ипредставляет серьезную опасность для жизни людей и животных.
Особеннотяжелые последствия вызывают разряды молнии для жилых домов из дерева - пожары.
Ток молниине представляет опасности для металлических проводников сечением 35 мм2 и большеили металлических частей дома, имеющих хорошее соединение между собой и сземлей. Однако поражение молнией домов, не имеющих электрического соединения сземлей 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 материаласопровождается созданием высокого давления и температуры, приводит к разрушениюэлементов дома, по которым проходит ток. Известны многочисленные случаи расщепленияпо этой причине кирпичных и деревянных стен домов, деревьев. Соприкосновениеканала разряда молнии, имеющего весьма высокую температуру, слегковоспламеняющимися и горючими материалами или взрывоопасными смесями газов,паров и пыли вызывает пожар или взрыв.
Разрядвнутри не имеющего молниезащиты дома или хозяйственной постройки опасен дляжизни находящихся в нем людей и животных. Разряд может произойти через телочеловека, а ток разряда может оказаться смертельным. Разряды молнии в проводавоздушных линий (электрических, телефонных, радиотрансляционных и др.) вызываютпоявление 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 назаземленные элементы дома (водопроводные, отопительные или канализационныетрубы и другие металлические элементы дома, имеющие связь с землей). Такиеразряды также могут представлять серьезную опасность для людей. Большинствослучаев поражений людей связано именно с тем, что высокие потенциалы проникаютв дома по проводам воздушных вводов.
Длявзрывоопасных и пожароопасных помещений дома представляет угрозу такжепроникновение потенциалов по подземным трубопроводам и кабелям, т.к. дажемаломощные искры в таких помещениях способны вызвать взрыв или пожар.
1.5. Защита домов иприусадебных построек от молнии
Защитазданий от разрядов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотводпредставляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, черезкоторое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Оно состоит измолниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя разряд молнии,токоотвода и заземлителя.
Защитноедействие молниеотводов основано на свойстве молнии поражать прежде всего болеевысокие, имеющие надежную связь с землей металлические объекты. Во времялидерной стадии в разряде молнии, на вершине молниеотвода (на молниеприемнике)скапливаются заряды, создающие наибольшие напряженности электрического поля напути между развивающимся лидерным каналом молнии и вершиной заземленногомолниеотвода. По этому пути и развивается разряд. Возникновение и развитие смолниеотвода встречного ионизированного канала предопределяет разряд молнии в молниеотвод.Защищаемый объект, более низкий, чем молниеотвод, будучи расположеннымпоблизости от него или под ним, оказывается заэкранированным молниеотводом ивстречным лидером и поэтому практически не будет поражаться молнией.
Пространствовокруг молниеотвода, защищенное от попаданий молнии, называется его зоной защиты. Защищаемый дом (постройка) должен полностью входить взону защиты молниеотвода. Вследствие того, что пути разрядов непостоянны,защищенность объекта обеспечивается лишь с определенной степенью надежности (неболее 98 %).
Отдельностоящие или закрепленные на доме молниеотводы по типам молниеприемниковразделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются ввиде вертикально установленных стержней (мачт) с установленными на них молниеприемниками, соединяемыми токоотводами с заземлителями, атросовые - в виде горизонтально подвешенных тросов (проводов), являющихсямолниеприемниками. По опорам, к которым крепится трос, прокладываютсятокоотводы, соединяющие молниеприемник с заземлителем. Тросовые молниеотводыприменяются для защиты длинных и узких сооружений, а также в тех случаях, когдаиз-за каких-либо других причин нельзя установить необходимое число стержневыхмолниеотводов. Для подавляющего большинства зданий защита стержневымимолниеотводами оказывается более простой и удобной.
Помимостержней и тросов в качестве молниеприемников могут использоватьсяконструктивные элементы зданий, например металлические кровли и трубы, парапетыи др., а также отдельные проводники или сетка из стальных проводников,прокладываемых по крышам защищаемых объектов.
Дома сжелезной кровлей, соединенной токоотводами с заземлителем, в установкедополнительных молниеотводов в большинстве случаев не нуждаются. Они находятсякак бы в металлической клетке, принимающей на себя разряды молнии. Способзащиты с помощью такой клетки (клетки Фарадея) может быть применен по отношениюк небольшому числу зданий: от небольших сельских построек до современныхкирпичных и железобетонных коттеджей, имеющих кровлю из оцинкованного железа(речь идет о металлической кровле из листовых материалов, собираемых с помощьюкровельного шва. Покрытие из металлочерепицы не относится к ним) или плоскуюкровлю с уложенной на ней молниеприемной сеткой.
Всемидесятые годы XX столетиянекоторыми зарубежными фирмами началось производство активных молниеотводов.Первые образцы стержневых активных молниеотводов снабжались источникамирадиоактивного излучения. Предполагалось, что за счет радиоактивного излучениянад молниеотводом образуется канал ионизированного проводящего воздуха, как быувеличивающего высоту молниеотвода, а следовательно и его защитную зону. Приэтом главным образом в меньшей степени нарушается архитектурный обликзащищаемого здания. Особенно это имеет значение при установке молниеприемникана кровле защищаемого здания. Проектируемые без учета требований молниезащитыздания, как правило, значительно теряют в архитектурном облике, особенно приустановке молниезащиты после сооружения здания. Автору неоднократно приходилось«ломать голову» пытаясь, с минимальными потерями для архитектурного облика имеханической надежности кровли, запроектировать молниезащиту после сооружениядома. Как правило, это возможно только с применением отдельно стоящегомолниеотвода (см. рис. 3.1Приложения III), котороетакже не решают задачу сохранения архитектурного облика, т.к. требуетсооружения очень высокого молниеотвода и значительных материальных затрат.
В этомслучае предпочтительнее решение молниезащиты дома с применением активныхмолниеприемников. В последние годы в ряде зарубежных стран (Франция, Испания,Чехия и др.) начато производство и применение серии активных молниеотводов безиспользования радиоактивных материалов. Идея создания ионизированного каналавоздуха в таких молниеотводах сохранена и осуществляется за счет электронныхустройств, активизирующихся в предгрозовой период и обеспечивающих канал дляразряда молнии на землю через этот молниеотвод. Значительное снижение высотыактивного молниеприемника (практически до 2-х метров) сустановкой его на коньке крыши, практически не нарушает архитектурного обликаздания и обеспечивает надежную защиту от прямых разрядов молнии.
Многолетние исследованияученых Франции привели к успешной разработке и более чем десятилетнему опытуиспользования различных типов активных молниеотводов, не содержащихрадиоактивных изотопов.
Принципработы этих активных молниеотводов основывается на использовании упреждающейстриммерной эмиссии. Основой такого молниеотвода является активная головка сэлектронным блоком, который в предгрозовой период за доли секунды до разрядамолнии вырабатывает высокочастотные импульсы. В результате этого намолниеприемнике головки молниеотвода возникает коронный разряд, образующийвстречный ионизирующий канал для разряда молнии на молниеотвод.
Этотионизированный канал увеличивает эффективную высоту молниеотвода и многократнорасширяет его защитную зону (см. рис. 2).
Молниеотводыс активной головкой обладают рядом бесспорных достоинств и преимуществ посравнению с пассивными молниеотводами:
1. Более высокой надежностью;
2. Значительным уменьшением расхода материалов на сооружение молниезащиты;
Рисунок 2. Молниеприемник активногомолниеотвода
3. Возможностью установки на доме после завершения его строительства;
4. Возможностью удаления молниеотвода от защищаемого дома и уменьшениянаведенного потенциала и шагового напряжения.
Как всякоеустройство, активный молниеотвод обладает также некоторыми недостатками,связанными не столько с конструктивными особенностями, но с условиямиприменения:
1. Малый опыт применения;
2. Отсутствие (на 2002 г.) Российскогосертификата соответствия;
3. Отсутствие организации, обслуживающей подобные молниеотводы;
4. Отсутствие данных о надежности и сроке службы электронной головки;
5. Высокая стоимость устройства.
Как видим изэтого перечня «недостатков» меньше всего они касаются конструкции самогоустройства. Опыт применения подобных активных молниеотводов в Европейскихстранах дает положительные результаты. Следовательно, при обеспечениисоответствующих условий, дающих возможность уверенно применять их на законнойоснове, активные молниеотводы найдут широкое применение и в нашей стране.
Сопоставляястоимость сооружения отдельно стоящего молниеотвода в каждом конкретном случае,можно определить технико-экономическую эффективность применения того или иногоспособа молниезащиты данного объекта.
В конце 2000 года появились сообщения об изобретении активногомолниеотвода, «притягивающего» к себе шаровые молнии в радиусе до 1 км. Значение изобретения такогомолниеотвода трудно переоценить, учитывая, что защита от шаровых молний до сихпор ни какими устройствами не обеспечивалась, а защиты от их воздействия налюдей, животных, электроустановки и конструкции зданий не было. Еслиэксперименты покажут высокую эффективность применения подобных молниеотводов,наряду с другими активными молниеотводами, - технические проблемы молниезащитыпрактически будут сняты.
и 
, для чего воспользуемся номограммой рис. 24.
(где L - расстояниемежду молниеотводами).
Радиус R, которым очерчивается контур зонызащиты в области между молниеотводами, легко определяется графическимпостроением по трем точкам окружности (см. рис. 23).
Из этого соотношенияопределяем
(6)
(8)
(11)
(19)
(20)
(22)
(23)
(24)
(27)
следовательно,значение h0 берем пошкале I. Оно составляет 14 м. Далее, пользуясь номограммой (см.рис. 39), при известных h0 = 14 м иL = 40 м, находимh = 17,5 м.
следовательно,значение h0 берем по шкале II. Оно составляет 16м. Далее, пользуясь номограммой (см.рис. 40), при известных h0 = 16 м иL = 45 м, находимh = 20 м.
