Защита зданий от молнии. Расчет молниеотвода
Попытки защититься от молнии, известны задолго до начала нашей эры. Во время археологических раскопок в Египте были найдены на стенах разрушенных храмов надписи, из которых видно, что установленные вокруг храма, например, в Эдфу, мачты служили для защиты «от небесного огня». Дошедшие до нас другие еrипетские надписи свидетельствуют о том, что заостренные сверху и по повелению Рамзеса 3 (за много веков до нашей эры) позолоченные сорокаметровые мачты отводили от храма грозы и огонь. Научное же объяснение молниеотводов, неправильно называемых в повседневном быту громоотводами, и их широкая популяриза-ция начались уже гораздо позже.
Защита от прямых попаданий молнии в объект осуществляется с помощью молние-отводов. Молниеотвод представляет собой устройство, которое устанавливается над за-щищаемым объектом и через который ток молнии, минуя данный объект, отводится в землю. Электричество всегда стремится выб-рать путь по тому проводнику, у которого электрическое сопротивление меньше.
Мол-ниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар мол-нии, токоотвода и заземлителя (рис. 1).
Рис. 1 Устройство простейшего молниеотвода: 1 молниеприемник; 2 токоотвод; 3 заземлитель
Молниеотвод принимает на себя удар мол-нии, который в противном случае пришелся бы в некоторое место строения. Степень за-щищенности постройки напрямую зависит от высоты, на которой установлен молниеотвод, и качества заземления.
Защитное действие молниеотвода характери-зуется зоной защиты, то есть пространством вблизи молниеотвода, в которое попадание молнии маловероятно.
Молния чаще всего поражает строения, возвышающиеся над окружающей поверхностью. Еще в то время, когда устанавливали первый молниеотвод, возникли споры о раз- мерах зоны, в пределах которой он способен обеспечить надежную за- щиту.
Эти споры продолжаются и до сих пор. В самом деле, если речь идет о полной защите от любого вида разрядов, то решить такой вопрос не так легко.Например, для защиты обычного небольшого дома, впол-не достаточно , металлического стержня.
Молниеотвод такого типа, даже в местности с большим количеством гроз, будет исправно служить довольно длительное время, не одному поколению владельцев дома. Иначе обстоит дело с заводом, производящим взрывчатые вещества. В этом случае, использование стержня не гарантирует полной защиты.
По данным последних теоретических и статистических исследований, стержень надежно защищает почти от любого вида разрядов простран-ство, ограниченное поверхностью конуса, вершина которого совпадает с верхним концом стержня, а радиус основания равен длине стержня.
Время от времени появляются предложения вместо условного конуса с радиусом основания, равным длине стержня, применять конус, радиус основания которого по крайней мере в два раза больше длины стержня.
Нужно заметить, что эти предложения основаны на экспериментах с ис-кусственной искрой. Искры не могут в должной мере служить моделью молнии, так как с их помощью невозможно смоделировать различные её особенности. Поэтому, когда требуется достаточно надежная защита от молнии, защищенной можно считать только ту зону, которая лежит внутри «стандартного» конуса. И даже в этом случае мы не имеем 100 -процен-тной гарантии, что внутрь этого конуса не ударит одна из небольших молний, возникающих при грозовом разряде.
По иронии судьбы один из первых молниеотводов, установленный в 1772 г., по совету его изобретателя Б. Франклина, на пороховом складе в г. Перфлите (США), не защитил здание от молнии, которая все -таки проникла в защитный конус. Молния, ускользнувшая в этом случае от молниеотвода, оказалась, как и следовало ожидать, очень слабой и повредила лишь несколько кирпичей кладки.
Молниеотводы делятся на стержневые и тросовые. В настоящее время зона защиты одиночного стержневого молниеотвода определя-ется по формуле Rо= - 1,5xh, где h - высота молниеотвода, а Rо - радиус защитной зоны на земле вокруг центра строения (рис.2).
Рис. 2 Зона защиты одиночноео стержневоео молниеотвода: 1-зона строения, 2-зона защиты, h-высота молниеотвода, hx-высота дома до конька, ho = h x +O,5 м, Rх-полудлина крыши, Rо-радиус защитной зоны
Стержневой молниеотвод представляет собой металлический стержень, вертикально закрепленный на деревянной мачте и соединен-ный токоотводящим проводом с заземлителем (рис.3).
Рис. 3 Стержневой молниеотвод дома:1-молниеприемник; 2-деревянная мачта; З-токоотводящий провод; 4-заземлитель; 5-место пайки (сварки) конца токовода к заземлителю; 6 -фундамент; 7-уровень почвы
Для изготовления молниеприемников применяют стальные прутки диаметром 12 мм, полосы 35х3 мм, уголки 2Ох20х3 мм, газовые трубки диаметром 1/2...3/4 дюйма и др. Длина молниеприемников должна быть от 300 до 1500 мм. К молниеприемнику обычно приваривается или прикручива-ется болтами токоотвод, причем площадь контакта должна быть ми-нимум в два раза больше площади стыкуемых деталей.
Токоотводы выполняют из стали диаметром не менее 6 мм и полосы сечением 35 мм 2. Для изготовления токоотводов обычно применяют сталь-ную проволоку-катанку. Части токоотвода соединяют между собой при помощи сварки или болтами. Площадь контакта должна быть не менее двойной площади сечения токоотвода.
Токоотвод прокладывают крат-чайшим путем по крышам и стенам защищаемого здания, а также по деревянным конструкциям опор молниеотводов в плотную к их поверх-ности. Исключение составляют здания с леrковоспламеняющейся кров лей, в этом случае токоотвод должен отстоять от нее на 15...20 см. Для крепления молниеотводов используют скобы, хомуты и гвозди. Заземлитель закапывают таким образом, чтобы он находился от дорожек или крыльца на расстоянии не менее 5 метров. Заземлители, как правило, обносятся оградой не менее 4 метров в радиусе. Это необходимо для защиты людей от шагового напряжения, которое возникает в момент отвода молнии в землю.
Если уровень подпочвенных вод низкий, грунт сухой, то конструкция заземлителя может представлять собой два стерж-ня длиной 2...3 метра. Стержни вбивают вертикально в землю и на глубине не менее 1,5 м, соединяют перемычкой, имеющей сечение 100 мм 2. К середине перемычки, только сваркой, приваривают токоотвод. Сопротив-ление заземления rpозозащиты не должно превышать 10 Ом.
Помещения, длиною до 14...15 м, защищают от прямого удара мол-нии одним стержневым молниеотводом, установленным на крыше зда-ния. Для помещений длиною до 25 м гpозозащиту выполняют стержне-вым молниеотводом с установкой опоры по центру здания у наружной продольной стены.
Помещения сложной планировки и длиною более 25 м защищают двумя и более стержневыми молниеотводами с установкой опор у наружных стен. Высоту молниеотвода от уровня земли при-нимают равной 18...20 м. При защите помещений двумя стержневыми молниеотводами расстояние от угла торцевой стены в зависимости от ширины постройки должно быть 2...6 м. Увеличение расстояния ведет к увеличению высоты молниеотвода и усложнению его конструкции.
Установка молниеотводов, если крыша металлическая, не требует-ся. В этом случае крышу по периметру через 20...25 м заземляют. Трубы, вентиляционные устройства и т.п., установленные на крыше, при-соединяют к металлической кровле.
Дома с неметаллической крышей могут быть защищены от ударов молнии тросовой молниезащитой (рис. 4). Такая молниезащита пред-ставляет собой натянутую вдоль конька крыши на высоте 150...250 мм от него стальную проволоку со стержневыми молниеприемниками.
Рис. 4 Устройство тросовой молниезащиты:1-стержневые молниеприемники; 2-тросовые молниеприемники; 3-стойки; 4-токовод; 5-заземлитель; 6-зона увлажнения
Нужно помнить, что системы молниезащиты необходимо периодически осматривать, проверять состояние и надежность соединения, ее элементов.
Источник: mirpodelki.ru
