Внешняя классическая (пассивная) молниезащита

Буйство стихии в образе рассекающего темный небосвод яркого разряда молнии пугает и одновременно завораживает человечество сотни тысяч лет. Но сегодня мы испытываем страх в случае, если гроза застанет нас под открытым небом, а сидя в уютном комфорте под крышей дома мы наблюдаем за вспышками молний с реакцией от равнодушия до восхищения, но без первобытного страха. Поскольку страх – это реакция не на саму опасность, а на степень защиты от нее, то закрыв входную дверь дома, мы уже не боимся гнева Перуна, Тора или небесного электричества. И на это действительно есть основания, которые становятся особенно вескими при правильно рассчитанной и качественно установленной системе молниезащиты.

Согласно статистике наблюдений на квадратный километр территории Украины или России ежегодно приходится в среднем только три разряда молнии. Разработав модель поражения различных сооружений, ученый пришли к выводу, что в здание попадают молнии с расстояния приблизительно равного его утроенной высоте. То есть с учетом количества разрядов на квадратный километр на девятиэтажный дом в год «приходится» около 0,07 ударов молний, что дает вероятность попадания в здание молнии приблизительно раз в четырнадцать лет. Для небольшого двухэтажного загородного дома имеем соответственно 0,003 удара молнии в год и вероятность попадания – одна молния за период около трехсот лет.

Но к этим цифрам не стоит относиться легкомысленно. Они означают, что в Ваш загородный дом за три сотни лет точно попадет одна молния, а вот когда случится это событие – в следующую грозу или через столетие остается неизвестным. И молний может быть не одна, а две, три или больше – как повезет. Если Вы не сторонник игры в рулетку с силами Природы, то следует принять дополнительные меры в виде установки системы внешней молниезащиты, стоимость которой существенно меньше суммы возможного ущерба в случае попадания молнии в никак не защищенный дом.

Сегодня на рынке представлены внешние системы защиты от прямого воздействия разряда молнии двух классов – пассивная (классическая) молниезащита и активная молниезащита. Обе они предназначены для «проведения» тока молнии по безопасному для защищаемого объекта пути и его дальнейшего растекания в земле.

Общепринятая история внешней пассивной молниезащиты берет начало в 1752 году от проекта молниеотвода предложенного Бенджамином Франклином. С тех пор по мере расширения наших знаний о небесном электричестве не раз менялись требования и стандарты по установке молниезащиты на различных объектах. Сегодня руководства и нормативные документы заполнены различными формулами, графиками и таблицами, разобраться в которых под силу только специалисту. Пособий для владельцев загородного жилья с указанием конкретных примеров для типовых строений, детальным объяснением нюансов на доступном для непрофессионала уровне и рекомендуемых к использованию при монтаже молниезащиты материалов практически нет.

В идеале монтажом такой системы должны заниматься имеющие лицензию специалисты. Но в реалиях нашей жизни довольно часто владельцы домов сами устанавливают молниезащиту, руководствуясь чуть ли не школьной упрощенной моделью действия атмосферного разряда. Молниезащиты лучше не иметь вообще, чем считать, что дом защищен при ее неправильном расчете и установке с использованием ненадлежащих материалов.

Не претендуя на охват всех тонкостей и нюансов установки молниезащиты на всех объектах, где необходимо ее присутсвие, рассмотрим довольно простой вариант загородного дома – дачи или коттеджа. Это будет интересно для тех, кто хочет не пускать на самотек работу бригады монтажников или тех, кто все-таки планирует самостоятельно установить защиту от удара молнии. Начнем с того, что какая бы ни была система внешней молниезащиты, она состоит из трех основных компонентов:

  • Молниеприемник
  • Токоотводы
  • Заземление

Как следует из названия, задачей молниеприемника является принятие на себя разряда молнии и недопущение его к защищаемому объекту. Роль молниеприемника может играть установленный на крыше стержень или стоящая отдельно мачта, натянутый на опорах трос, сетка из проводников определенного сечения, а также элементы конструкции здания: флюгеры, парапеты и т.д.

Выбор метода проектирования системы классической пассивной молниезащиты зависит от типа крыши. Для скатной остроконечной крыши используют метод защитного угла; для плоской – метод замкнутых контуров, а если на плоской крыше располагаются выступающие над ней надстройки – сочетание обеих методов.

 Каждый молниеприемник защищает определенную зону пространства. При применении метода защитного угла считается, что зона защиты молниеприемника представляет собой прямой конус, угол раствора которого определяется высотой молниеприемника над землей. Значение угла определяется по приведенным в справочниках графикам для строений ІІІ класса молниезащиты, к которому относятся жилые дома. Для одиночного стержневого молниеприемника высотой h параметры конуса зоны защиты можно определять, пользуясь также формулами: радиус основания конуса R = 1,2·h, а его высота hr = 0,85·h.

Для строений с двускатной крышей, которая характерна для подавляющего большинства наших домов в частных владениях, в качестве основного молниеприемника используется проложенный вдоль конька проводник. Зная высоту расположения конька, из графика определяем значение защитного угла и проверяем, вся ли крыша попадает в определяемую им зону защиты. В данном случае проводник можно рассматривать как совокупность стержней и его зона защиты в перпендикулярной к проводнику плоскости образует равнобедренный треугольник с углом 2? при вершине, основанием 2R и высотой h (или два прямоугольных треугольника с катетами R на земле, углами ? при вершине с проводником и общим катетом h). При виде сверху зона будет иметь в виде овала, образованного двумя параллельными проекции конькового проводника на землю прямыми, расположенными на расстоянии R от нее, и округлений радиуса R, взятого от концов проводника.

Для тех элементов строения и участков крыши, которые не попадают в защищаемую зону, устанавливаются дополнительные молниеприемники. Если это расположенные под такой же скатной крышей мансардные или чердачные окна, выступ над входом в дом и т.д., то проводник дополнительной защиты крепится на их коньке и соединяется проводником с основным молниеприемником. При этом окончания всех коньковых проводников делают длиннее крыши и загибают вверх на высоту приблизительно 0,15 м, создавая дополнительную защиту для выступающей за пределы стены части кровли. Выступающие над крышей вертикальные элементы (трубы, антенны) защищают при помощи стержневых молниеприемников, которые также соединяются с коньковыми, образуя единую сетку.

В качестве проводников используется круглый провод диаметром 8 – 10 мм из алюминия, оцинкованной или нержавеющей стали, меди. Алюминиевый провод самый дешевый, но самый недолговечный. Наиболее стойкий к действию неблагоприятный факторов окружающей среды медный, но он же и самый дорогой.

 Помимо соединения в единую сетку проводники также необходимо надежно закрепить на кровле. Быстрее, проще и надежнее осуществлять эти операции, используя специальные держатели, зажимы, соединители, молниеприемные стержни и другие комплектующие систем молниезащиты известных производителей с большим опытом работы в этой области: OBO Betterman, Dehn-Sohne, Galmar или Elko-Bis. В этом случае будет учтен фактор сочетаемости различных материалов самой системы молниезащиты и особенности строительных материалов здания.

Молниеприемные стержни, как и провод, могут быть из алюминия, меди, оцинкованной или нержавеющей стали. Для унификации различных комплектующих и креплений системы молниезащиты у производителей независимо от материала молниеприемные стержни в основном имеют одинаковый диаметр – 16 мм, что удовлетворяет требованиям к площади минимального поперечного сечения (сталь – не менее 50 мм2, медь – не менее 35 мм2, алюминий – не менее 70 мм2). Для местностей с высокими ветровыми нагрузками разработан вариант сужающегося молниеприемника – стержень переменного сечения, диаметр которого уменьшается от 16 мм у основания до 10 мм на последнем метре.  Для установки стоящих отдельно высоких стержневых молниеприемников используются специальные телескопические стойки и легкие мачты.

К дымовым трубам стержень крепится двумя держателями и при наличии козырька над трубой – фальцевой клеммой  Если труба изготовлена из проводящего материала или котел управляется электроникой, то стержень крепится дистанционными изолирующими держателями не ближе позволяющего избежать опасности искрообразования наименьшего допустимого расстояния s,  которое рассчитывается согласно определенной формуле (для загородного дома s = 0,45 – 0,50 м). Для защиты спутниковых антенн и тех же труб стержневой молниеприемник крепят также рядом на крыше с соблюдением параметров зоны защиты и наименьшего допустимого расстояния.

Если строение имеет двускатную простую крышу, то можно сэкономить, установив вдоль конька для его защиты тросовый молниеприемник. Он представляет собой подвешенный между двумя опорами на высоте не ниже 25 см  до конька многопроволочный трос, как правило, из оцинкованной стали с поперечным сечением более 35 мм, но может быть и медным. Как и для проложенного вдоль конька провода, зона защиты тросового молниеприемника определяется углом ?. Если, учитывая провес, высота троса над землей будет h и не превышает 150 м, то высоту зоны защиты можно определять по формуле hr = 0,87·h, а радиус R = 1,5·h.

Опоры должны выдерживать натяжение троса с учетом его собственного веса и налипание снега или намерзания льда, а также ветровые нагрузки. В качестве опор можно использовать как изготовленные самостоятельно деревянные мачты, так и приобрести уже готовые конструкции. Опоры могут устанавливаться как на крыше или стене дома, так и стоять отдельно от здания. Трос закрепляется на опорах с помощью натяжных зажимов и сцепной арматуры и соединяется с токоотводами, которые спускаются от каждой опоры.

Для защиты загородных домов с плоской крышей применяется молниеприемник в виде сетки замкнутых контуров. Провод укладывают по периметру крыши и затем разделяют полученную фигуру на ячейки размером не более 10 м на 10 м (ІІІ класс молниезащиты). Все выступающие над сеткой надстройки и оборудование (трубы, спутниковые антенны, кондиционеры и т.д.) защищаются стержневыми молниеприемниками, устанавливаемыми на специальных бетонных основаниях с учетом зоны защиты и наименьшего допустимого расстояния, которые соединяются в единую систему с молниеприемной сеткой. Проложенный по периметру проводник, как и в случае закрепленного вдоль конька, создает вокруг здания определяемую соответствующим углом защитную зону.

Если из-за конструктивных особенностей плоской кровли молниеприемную сетку укладывать неудобно или она будет серьезно мешать уборке снега и льда, ее можно разместить под гидроизоляцией или утеплителем, но только в случае если последние изготовлены из негорючих материалов.

Крыша с металлической кровлей при определенных условиях сама может считаться молниеприемником. Для этого между ее составляющими на долгий срок должен быть обеспечен надежный электрический контакт. Определяющим параметром в данном случае является толщина используемого металла, которая должна быть не менее 0,5 мм (для алюминия –от 1,0 мм). При этом допускается наличие слоя антикоррозионной краски, асфальтового покрытия толщиной 0,5 мм или пластикового покрытия толщиной 1 мм.

В месте попадания разряда молнии металл кровли нагревается до довольно высокой температуры и даже может быть проплавлен насквозь, поэтому под ней не должно быть горючих материалов. Чтобы при разряде молнии не случилось повреждения или прожога кровли, толщина листов стали должна быть не менее 4 мм, меди – 5 мм, а алюминия – 7 мм.

Популярная сегодня металлочерепица имеет толщину металла менее 0,5 мм и не может играть роль молниеприемника.  Входящая в моду фальцевая кровля из меди, нержавеющей стали, алюминия или цинк-титанового сплава, хотя и имеют необходимую толщину металла 0,5 мм, но ложатся на деревянные стропила и обрешетку. К тому же такая кровля накапливает статический заряд, поэтому ее необходимо заземлять и устанавливать систему внешней молниезащиты. Применение для металлической кровли молниеприемной сетки неэффективно, поскольку разряд молнии ее не «заметит». Использовать следует один или несколько стержневых или тросовые молниеприемники.

Держатели провода на крыше устанавливаются на расстоянии около одного метра. Рассчитав, исходя из длины провода, их количество, рекомендуем прибавить еще 15 – 20 штук. Разнообразие продаваемых кровельных держателей позволяет выбрать как оптимальные материал и форму, так и метод их монтажа в зависимости от кровли: шурупами, гвоздями, кровельной мастикой, монтажным клеем и т.д.

Держатели для плоской крыши изготавливаются двух типов. Они могут быть пластиковыми или металлическими без утяжеления (закрепляются при помощи клея, шурупов или гвоздей) или утяжеленные грузом из морозостойкого бетона. Последние продаются как в виде готового изделия (комбинация утяжелителя с пластиковым держателем провода) так и в виде пустотелой пластиковой формы для самостоятельного заполнения бетоном. Весят такие держатели порядка килограмма и фиксируются при помощи клея или кровельной мастики.

Не экономьте на своей безопасности — доверьте работу по проектированию и монтажу системы молниезащиты и заземления специалистам «Dynamics Group».


Для получения более подробной информации Вы можете: