Рекомендации по молниезащите

В.Н. ХАРЕЧКО

РЕКОМЕНДАЦИИ 
ПО МОЛНИЕЗАЩИТЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ, КОТТЕДЖЕЙ, ДАЧНЫХ (САДОВЫХ) ДОМОВ И ДРУГИХ ЧАСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

М.: ЗАО «Энергосервис», 2002. – 176 с. [УДК 721.012.26:621.316.98, ББК 38.48 Х20]

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.

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» (РД 34.21.122-87), 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, к их 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 сверхнавороченный 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 каплеобразование 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 непораженными.

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 они могут оказаться под большим шаговым напряжением, а, следовательно, и большим током.