Ким винайдений громовідвід або система блискавкозахисту, як розрахувати ефективний громовідвід, конструкції відводів блискавки, заземлення блискавковідводу і особливості їх будови, опис внутрішньої і зовнішньої захисту від блискавок.

Винахід громовідводу 

В принципі система блискавкозахисту на подив проста. Стоїть завдання - зустріти блискавку на підльоті до вашої антени або даху і зробити так, щоб вона змінила свій первісний напрямок і, ковзнувши уздовж стіни, пішла в землю поруч. Тому блискавкозахист складається з трьох основних частин: блискавкоприймача; струмовідводу; заземлювача. 

Блискавкоприймач отримує удар блискавки, передає його струмовідводу, а той - заземлителю, який гасить розряд в товщі грунту. 

Маловідомо, що винахідником громовідводу (правильніше - громовідводу) був громадянин США Бенджамін Франклін. Більшість знають його в обличчя тільки по зображенню на купюрі в 100 доларів. Франклін присвятив вивченню електрики сім років. Головним підсумком цього захоплення і став блискавковідвід. 

У 1752 р Франклін довів, що блискавка - це електричний розряд. Він запустив повітряного змія з металевою пластиною в грозову хмару. Коли блискавка вдарила в пластину, з неї посипалися іскри. 

Цей досвід був дуже небезпечним, і вченого, намагається його повторити, вбило блискавкою. Але досвід допоміг Франкліну довести, грозові хмари мають статичний заряд і що блискавка дуже потужний розряд. У тому ж році Франклін встановив перший громовідвід в стіні будинку. 

Громовідвід вловлював блискавку і безпечно для будинку відводив її розряд в землю. За інші роки своєї багатогранної творчої діяльності Франклін зумів створити карту течії Гольфстрім, винайшов економічну грубку, до сих пір поширену в Америці і Франції, придумав вуличні ліхтарі і подвійні окуляри для старечої далекозорості, та й ще був обраний президентом США.

Розрахунок ефективного блискавкозахисту невеликого будинку

• Крок 1. Визначення висоти будинку. За коника даху проводиться провід, який утворює центральну лінію струмовідводу. Визначаємо висоту розташування цієї лінії h. Ця практично висота будинку. Вона є точкою відліку при плануванні всієї системи блискавкозахисту. У нашому випадку висота будинку становить 11м.
• Крок 2. Визначення кута захисту α. Висота будинку (в нашому випадку 11м) утворює горизонтальну вісь діаграми. Після цього проводимо вертикальну лінію від значення висоти h вгору до її перетину кривої відповідної категорії захисту (в нашому випадку III). Відповідна точці перетину позиція на вертикальній осі діаграми повідомляє нам значення кута захисту α. У нашому випадку він становить 60 °.
• Крок 3. Перенесіть цей кут на наш будинок. Всі включені в дану зону частини будинку захищені.
• Крок 4. Захист частин будинку, що знаходяться поза кута захисту. Частини будинку, що знаходяться поза зоною захисного кута, повинні бути захищені окремо. У нашому випадку незахищеною є, по-перше, труба. Вона має діаметр 70 см, повинна бути забезпечена блискавковідводного щоглою довжиною 1,50 м. По-друге, горищні вікна на даху забезпечуються окремими коньковимі провідниками. Закінчення конькового дроти повинні виступати над дахом і бути загнутими догори по довжині на 0,15 м. Це необхідно для захисту виступає козирка будинку.

Це найпростіший розрахунок блискавкозахисту будинку. Він не враховує багатьох особливостей будинку і ділянки, стану грунту. Тому розрахунок в більш складних випадках потрібно довірити професіоналам. Це ваша безпека. 

Блискавкоприймачі. У ряді випадків в якості блискавкоприймача можна використовувати металеві елементи труб, металеву покрівлю, карнизи, з'єднані з заземлювачем. Але можуть бути і спеціальні конструкції. У загальному випадку блискавковідвід - це пристрій з трьох основних елементів: 

• блискавкоприймача, який приймає розряд блискавки; 
• струмовідводу, який повинен направити прийнятий розряд в землю; 
• заземлювача , який віддає заряд землі;

Завдання - зустріти блискавку на підльоті до вашої даху і зробити так, щоб вона змінила свій первісний напрямок і, ковзнувши уздовж стіни, пішла в землю поруч. Блискавкоприймач зустрічає удар блискавки, передає його струмовідводу, а той - заземлителю, який гасить розряд в товщі грунту. 

Для приватного будинку цього виявляється достатнім. Блискавкоприймач може мати вигляд металевого штиря (стрижневий), натягнутого уздовж коника даху металевого троса або металевої сітки з арматури з кроком осередків зазвичай 6-12 м. 

Будьте обережні! Для захисту від прямого удару блискавки слід встановлювати молниеприемник на таку висоту, щоб в зону захисту (це все, що вміщається в конус, висота якого визначається висотою блискавкоприймача, а діаметр основи дорівнює потрійному значенню висоти) потрапляли вибрані об'єкти. 

Для таких блискавковідводів використовують досить високі, що стоять поруч дерева або споруджують щогли. Але щогли з захистом від блискавки не всім по кишені, хоча вони визнані надійними (а в ряді випадків і єдино допустимими), та й пейзаж вони не облагороджують. Тому найчастіше застосовують тросові та сітчасті блискавкоприймачі. 

Для будівель з неметалевої покрівлею допустима спрощена схема блискавкозахисту. 

Класична конструкція громовідводу. На найвищому місці покрівлі встановлюють за допомогою дерев'яних підпор сталевий стрижень круглого перетину діаметром 12 мм. 

Його можна зробити і зі сталевої труби, тільки обов'язково з запаяним або закритим металевою пробкою торцем. 

Це - блискавкоприймач. Він прийме на себе удар розряду блискавки.Довжина його може варіюватися від 20 см до 1,5 м, а й будь-якому випадку площа перетину оберненого в небо штиря повинна становити не менше 1 см2 (одного квадратного сантиметра). 

Від блискавкоприймача піде струмовідвід - дріт з рекомендованою товщиною не менше 6 мм. 

Її потрібно до блискавкоприймача ретельно і надійно приварити: 200 тисяч ампер проходитимуть через це з'єднання - не жарт, можуть і розплавити. 

Струмовідвід спускають з даху і, прикріплюючи до стіни будинку скобами , доводять до землі і занурюють в неї, де на глибині 1-2 м закладений ретельно приварений заземлитель. В якості заземлювача можна використовувати шматок металевої труби або лист стали. А якщо немає можливості копати, можна влаштувати заземлитель з забитого в землю сталевого прута. Його треба забити на глибину приблизно 2-3 метри. Детально про заземлення см. Гл. 4. 

Особливості захисту будинку з металевою крівлею. Для обладнання системою блискавкозахисту будинку з металевим дахом, рекомендується підвести до двох протилежних схилах струмовідводу і з'єднати його з заземлювачами (наприклад, водопровідної трубою). Струмовідвід краще прокладати по стіні будинку, протилежної входу, і закопувати заземлювач подалі від фундаменту і різних садових будівель. Струмовідвід необхідно заізолювати від зовнішнього середовища і стін будинку і помістити в трубу.

Удар блискавки в дах будинку з металу не є небезпечним за умови, якщо остання надійно заземлена. 

Для її заземлення по всіх кутках покрівлі кріплять струмовідводи і з'єднують їх з заземлювачами. Воронки водостічних труб дротом надійно з'єднують з покрівлею, а кінці труб з землею. В цьому випадку перетин дроту струмовідводу має бути не менше 30-35 мм 2. 

Взагалі заземлення покрівлі має бути не рідше ніж через 10-15 м її периметра. Димова труба захищається металевим ковпаком, що підключається до сталевої покрівлі. Якщо немає ковпака, то по периметру верхнього краю труби кладуть 6-8 міліметрову дріт і також кріплять її до покрівлі.

Особливості захисту будинку з покрівлею із шиферу

Для таких дахів фахівці радять іншу систему. Уздовж «коника» покрівлі по всій довжині протягується металевий трос на двох дерев'яних підпорах на відстані 250 мм від коника, до нього припаюється струмовідвід, спускається уздовж даху, проходить по стіні і йде в землю. Струмовідвід необхідно заізолювати від зовнішнього середовища і стін будинку і помістити в трубу. 

Струмовідвід припаяний до заземлювача зі сталевого листа. Система повинна розташовуватися також на відстані 3-5 м від входу. 

Особливості захисту будинку з покрівлею з черепиці. Для черепичних дахів фахівці радять накинути на покрівлю сітку із сталевого дроту з кроком вічка не більше ніж 6x6 м, але і не особливо частою (не рідше 3-4 м). Діаметр дроту або троса для такої сітки повинен бути приблизно 6 мм. Всі стики дроту ретельно пропаіваются. 

Потім до цієї сітки приєднується струмовідвід, який закінчується закопаною в землю сталевою пластиною заземлювача. При наявності на відстані 3-10 м від будівлі високих дерев (в 2 рази і більше перевищують його висоту з урахуванням всіх виступаючих над покрівлею елементів: димові труби, антени і так далі), по стовбуру найближчого дерева прокладають струмовідвід. 

верхній кінець струмовідводу повинен виступати над кроною черева не менше ніж на 0,2 м. У підстави дерева струмовідвід приєднують до заземлювача. Якщо коник покрівлі відповідає найбільшій висоті споруди, а дах неметалічна, над ним підвішують тросовий блискавкоприймач, який піднімається над коником не менше ніж на 0,25 м. 

Опорами для блискавкоприймача служать закріплені на стінах будівлі дерев'яні планки .Струмовідводи прокладають з двох сторін по торцевих стін будівлі і приєднують до заземлювачів. При довжині будови менше 10 м струмовідвід і заземлювач виконуються тільки з одного боку. 

При наявності підноситься над усіма елементами покрівлі димової труби над нею встановлюють стрижневий блискавкоприймач висотою не менше 0,2 м, кладуть по покрівлі і стінах будівлі струмовідвід, приєднують його до заземлювача. При наявності металевої покрівлі її хоча б в одній точці приєднують до заземлювача, при цьому струмовідводами служать зовнішні металеві сходи, водостоки і так далі. До покрівлі приєднують всі виступаючі над нею металеві предмети, наприклад, дефлектори.

У всіх випадках застосовують блискавкоприймачі і струмовідводи діаметром від 6 мм, а в якості заземлювача - один вертикальний або горизонтальний електрод довжиною 2-3 м, діаметром від 10 мм, покладений на глибині не менше 0,5 м. 

Припускають зварні і болтові з'єднання елементів блискавковідводів. 

Фізичні струмоприймачі. Крім «механічних» струмоприймачів існують «фізичні». Можливість штучно створювати стовп іонізованого повітря давно підказала використання зустрічного «лідера» блискавки в якості своєрідного штанги. Перші пристрої для іонізації були засновані на застосуванні радіоактивного ізотопу. 

При подачі напруги до такого пристрою з'являється стовп іонізованого повітря, на який і замикається «лідер» від грозової хмари. Пізніше ці пристрої трансформувалися в безпечні блискавкоприймачі, що працюють вже не від радіоактивних ізотопів, а за допомогою електроніки. 

Часто блискавки розряджаються поблизу високих об'єктів, завжди потрапляючи саме в них. Причому поблизу високих об'єктів блискавки спостерігаються дещо частіше, ніж в інших місцях. Ця закономірність пояснюється тим, що «зустрічний лідер» з високих об'єктів як би притягує до себе «лідерів» з хмари не тільки строго над своєю вершиною, але і з периферійних частин хмари. 

Ці віддалені «лідери» іноді «Не в силах »замкнутися на зустрічного« лідера »від високого об'єкта. У підсумку вони все одно замикаються на землю, але вже на зустрічні «лідери» з інших, менш високих об'єктів. 

Виходить, що будь-яка щогла (наприклад, стільникового зв'язку) об'єктивно притягує в зону свого розташування більше число блискавок. Цей факт змушує серйозно замислюватися про безпеку і гарантованої блискавкозахисту свого будинку. 

Заземлення громовідводу. У будь-якому випадку - як для «зовнішньої», так і для «внутрішньої» блискавкозахисту - дуже важлива роль заземлення.

Будьте уважні! Електроди повинні заглиблюватися так, щоб досягати вологих шарів грунту, інакше не буде заземлення як такого.

Сила струму, що протікає по блискавковідводу, в своєму максимумі може досягати 200 000А. Опір же заземлення блискавковідводу не повинно перевищувати 10 Ом. В результаті напруга, що виникає в блискавковідвід, може досягти значно більшої величини, ніж напруга пробою. 

У разі не зовсім правильного заземлення (при якому струм «не встигає» йти в землю) або при небезпечному зближенні самого громовідводу з об'єктом, що захищається, відбудеться пробій - струм буде «намагатися» замкнутися на внутрішні комунікації будинку (на електропроводку, труби опалення і т. п.). 

Особливості конструкції заземлювачів. Заземлювачі (електроди) служать для відводу блискавки в грунт. Вони повинні володіти малим питомим опором, яке в основному залежить від складу грунту, її вологості, температури і інших чинників. 

Вертикальні заземлювачі застосовують при сухих ґрунтах і низькому рівні грунтових вод у вигляді 2-3 метрових металевих стрижнів, вбитих на відстані близько 3 м одна від одної і з'єднаних між собою на глибині не менше 0,5 м перемичкою, в середині якої приєднаний токоотвод. 

Горизонтальні заземлювачі - це укладені на глибині не менше 80 см довгі ( 3-5 м) металеві профілі (прокат): сталева арматурний дріт діаметром 15-20 мм, смугова сталь перетином не менше 160 мм 2 (40x4 мм), куточки з шириною полиць 40-50 мм. Застосовуються вони при вологих ґрунтах, високому рівні грунтових вод (менше 1,5 м), на торфовищах. 

Заземлители рекомендується укладати подалі (не менше 5 м) від проходів (ганку) і пішохідних доріжок. Використання дерев для захисту від блискавки.Якщо поруч з будинком або господарськими будівлями (в межах 3-10 м) є високі дерева (15-20 м), їх можна використовувати для обладнання одночасної блискавкозахисту всіх будівель, що знаходяться в цій зоні. 

Інший варіант конструкції блискавкоприймача, який найчастіше зустрічається в практиці для захисту будинку від ударів блискавки, являє собою щоглу, виконану з твердих порід дерева. Її довжина в залежності від розташування на будинку може бути від 3 до 6 м. Бажано, щоб верхня точка блискавкоприймача височіла над коником будинку на 2-3 м. 

До верхньої частини щогли кріпиться металевий стрижень. Це може бути куточок, дріт діаметром 5-8 мм або відрізок труби діаметром від 10 до 15 мм, які приймають на себе удар блискавки, а потім по струмопровідних дроту відводять його до заземлювача, що знаходиться в грунті. 

 Діаметр токоотводящий проведення - не менше 5 мм, укладений в надійну ізоляцію і повинен володіти хорошою прохідністю. Найкраще для цих цілей підходить мідний дріт. 

Все системи блискавкозахисту необхідно регулярно оглядати і при необхідності робити ремонт або замінювати окремі елементи. У разі необхідності заміни електродів вертикального заземлювача, доцільно не видаляти пошкоджені деталі, а вкопати поруч новий заземлювач, приєднавши його до загального струмовідводу. 

Елементна база зовнішнього блискавкозахисту. Завдання зовнішньої системи блискавкозахисту - на частку секунди раніше безпосереднього контакту вловити розряд блискавки і відправити його по струмовідводів на заземлення.Система зовнішнього блискавкозахисту, організована за принципом близкавковловлюючі сітки, проектується індивідуально під кожен конкретний будинок. Матеріал покрівельного покриття, кут нахилу покрівлі, розміри слухових вікон, розміри мансардних вікон, наявність антен, матеріал водостічних систем, спосіб їх монтажу, кількість труб і їх розміри - все це і багато іншого має, значення при проектуванні подібної системи. В залежності від матеріалу покрівлі близкавковловлюючі частина може бути виконана з наступних матеріалів:

• оцинкована сталь;
• алюміній;
• мідь;
• нержавіюча сталь.

На покрівлі все закріплюється за допомогою спеціального кріплення, різного для кожного типу покрівельного покриття, як за матеріалом виготовлення, так і за способом його монтажу. Це дозволяє створити сучасну комплексну систему, що відповідає найжорсткішим вимогам з безпеки і естетики зовнішнього вигляду, враховуючи всі особливості вашого будинку. До елементів зовнішнього блискавкозахисту відносяться:

• громовідводи;
• кабельний ввід через дах;
• покрівельні тримачі для кабелю;
• кабельні кронштейни;
• держателі стержня;
• клеми;
• клеми для швидкого з'єднання Vario;
• хрестовий з'єднувач;
• фальц-клеми;
• хомути для водосточного жолобу;
• з'єднувальні та примикаючі елементи;
• вводні штирі заземлення;
• контрольні з'єднання;
• контрольні дверці;
• хомути для водостічної труби.

Елементна база системи внутрішнього блискавкозахисту. Розглянемо окремий будинок. Внутрішня система складається з шини вирівнювання потенціалів, яка об'єднує всі протяжні металоконструкції будинку, і розрядників. Завдання розрядників полягає в нейтралізації імпульсу перенапруги, що потрапляє в ваш будинок по лініях електропередач або систем комунікацій. Таким чином, здійснюється захист всіх електроприладів в будинку і всієї електропроводки від будь-якого виду імпульсного перенапруження. 

До систем захисту від перенапруги відносяться:

• пристрою блискавкозахисту Lightning-Controllers;
• грозорозрядники (В);
• системи стеження за роботою;
• котушки (індуктивності);
• системні рішення;
• обмежувачі напруги (С);
• фотореле;
• контрольний прилад ізоляції і обмежувачів ISOLAB; 

До систем вирівнювання потенціалів відносяться:

• шини для вирівнювання потенціалів;
• заземлюючі смуги;
• затискачі заземлення (хомути);
• клеми;
• затискачі заземлюючих клем;
• тримач плоского провідника.
• пристрій реєстрації струму пробою Peak Current System;
• обмежувачі напруги (D);
• пристрою захисту ліній передачі даних;
• пристрою блискавкозахисту;
• захисні клеми;
• пристрою відведення з іскровим проміжком Рагех;
• захисні іскрові грозорозрядники;

Як захистити телеантени від удару блискавки. Іскра "пробиває" на тій ділянці, де відстань між «плюсом» і «мінусом» коротше. Тому блискавка, як правило, вдаряє та окремо розташовані об'єкти, які ближче до неба, начебто високого дерева або антени вашого будинку. Зауважу також, що є у електрики природна любов до металу. Якщо небесної іскрі надати вибір між сталевим або дерев'яним стовпом, при інших рівних умовах її потягне на залізо. 

Розглянемо випадок, якщо поруч з антеною немає громовідводу. Кімнатні телевізійні антени в грозозащіте не потребують. Що стосується зовнішніх антен, то необхідність в захисті визначається місцем їх установки. 

В грозозащіте потребують все зовнішні телеантени, що не розташовані в зоні дії громовідводу, тобто якщо зовнішня антена знаходитися поблизу високих будівель і споруд, обладнаних блискавковідводом (наприклад , біля фабричної труби, високого будинку, щогли передавальної радіостанції і т. п.), пристрій захисту від блискавки встановлювати не обов'язково. Якщо антена встановлена ​​на даху окремо стоїть (навіть одноповерхового) будинку або на будівлю, яке вище навколишніх будинків, блискавкозахист необхідна. 

Металеві щогли, на яких встановлюють антени, обов'язково повинні заземлюватися. 

Кращий блискавкозахист - металевий загострений штир, встановлений на вершині щогли (вістря штиря, має хоча б на 1,5 м перевищувати антени). Штанга телевізійної антени, підключена до контуру блискавкозахисту. 

Всі з'єднання в системі грозозахисту необхідно виконувати максимально надійно за допомогою зварювання, пайки або, в крайньому випадку, за допомогою різьбових з'єднань.

Система блискавкозахисту не повинна порушувати нормальну роботу телевізійної антени

Випадок 1. Антена розташовується на заземленою металевою даху. Її заземлення забезпечується з'єднанням нижній частині металевої щогли з покрівлею. 

Випадок 2. У антені застосовується в якості УСС петлевий вібратор. Він у своїй середній точці з'єднаний з металевою стрілою, а стріла з металевої щоглою, тому необхідно заземлити щоглу. Провід токоотвода повинен з'єднатися з точкою нульового потенціалу антени, якої можуть бути: 

• середина неразрезанной трубки петлевого вібратора ;
• середина шунта діапазонного шунтового вібратора;
• короткозамикающего перемичка четвертьволнового містка розрізного лінійного вібратора;
• металева стріла і т. д. 

При відсутності точки нульового потенціалу в схему антени потрібно включати дросель великий індуктивності, який приєднується до спеціальних клем антени. В цьому випадку середина відведення дроселя буде точкою нульового потенціалу. 

Випадок 3. Щогла антени дерев'яна, стоїть на землі. По ній необхідно прокласти товстий мідний (можна сталевий) провід токоотвода або металеву шину діаметром не менше 5 мм. Екран кабелю зниження також повинен бути з'єднаний з точкою нульового потенціалу антени. Другий кінець дроту заземлення повинен бути з'єднаний із заземлювачем, в якості якого може бути використаний як сам провід або шина, так і спеціально закопані в землю металеві деталі. 

Випадок 4. Антена встановлюється на неметаллическую дах. В цьому випадку металеву щоглу потрібно з'єднати в її верхній частині з екранами кабелів і з точкою нульового потенціалу антени. До нижньої частини щогли потрібно підключити провід токоотвода, проклавши його уздовж стіни будинку, і заземлити, уклавши по дну траншеї на глибині 1 м. При цьому довжина горизонтального заземлюючого відведення повинна бути:

• для глинистого грунту - не менше 2 м;
• для суглинку - 4 м;
• для чорнозему - не менше 6 м;
• для кам'янистого грунту - 10 м;
• для піщаного ґрунту - 12 м.

Слід зазначити, що заземляти необхідно тільки металеві частини антени. Не можна заземлювати електроприлади і електровиробів, у яких шасі пов'язане з одним з проводів живильної мережі змінного струму. 

Якщо такий виріб виявиться з'єднаним з незаземленим проводом мережі, то приєднання зовнішнього заземлення призведе до короткого замикання. Найпростішими заземлювачами можуть бути металеві листи, предмети, що використовувався в господарстві (тази, відра і т. Д.), Труби, товстий металевий дріт і ін. 

Для влаштування заземлення поблизу будинку або місця, де встановлена ​​антена, виривається яма глибиною до 2 м, в неї поміщається заземлитель, до якого попередньо вже приварений сталевий провідник діаметром не менше 5 мм. 

Якщо в якості заземлювача використовується сталевий дріт, то необхідно закопати його в вигляді мотка діаметром 1 м на глибину 2 м. Довжина проводу в мотку повинна бути не менше 20-25 м. 

Заземлювачем можна вважати відрізок товстостінної труби довжиною 1,5-2 м, закопаний на глибину 2-3 м. у всіх випадках кінець провідника від заземлювача, закопаного в землю, можна зміцнити на стіні будинку за допомогою скоб, до нього в подальшому приєднується дріт заземлення від антени.