Когда речь заходит о комплексной защите жилища, подразумеваются, как правило, взлом, ограбление, хулиганство и, пожалуй, пожар. Это действительно наиболее актуально. Но есть и менее явные «враги» загородного дома, которые тоже могут нанести существенный вред не только имуществу, ни и жизни хозяев: бури и ураганы, наводнения и землетрясения. Не последнее место в этом ряду занимает молния. Удар «небесной стрелы» может привести к пожару, который повредит или даже полностью уничтожит дом или хозпостройки, или станет причиной перенапряжения в сети, выведет из строя дорогостоящую технику и оборудование. Поэтому, уверены специалисты, без грамотно спроектированной системы молниезащиты в загородном доме не обойтись.
Немного физики
Молния, по сути, электрический искровой разряд в атмосфере, возникающий обычно во время грозы, извержениях вулканов, торнадо, пылевых бурях из-за противоположных зарядов облаков и земной поверхности. Причем молнии могут «проскакивать» в самих облаках (внутриоблачные), а могут ударять в землю (молнии облако-земля). При разряде грозового облака сверху к земной поверхности сначала устремляется слабо светящийся разряд-лидер, который движется, как правило, зигзагообразно и ионизирует молекулы воздуха, создавая канал с повышенной проводимостью. Когда лидер достигает земли, вверх по проложенному им каналу проходит обратный, или главный разряд. «Встреча» положительных зарядов от поверхности Земли и отрицательных из облака сопровождается яркой вспышкой и оглушительным раскатистым звуком — громом, вызванным быстрым нагреванием и расширением воздуха в канале, а затем таким же быстрым охлаждением и сжатием. Разряд молнии обычно состоит из трех или более повторных импульсов, следующих по одному и тому же пути. Интервалы между последовательными импульсами очень коротки, от 1/100 до 1/10 с (это объясняет мерцание молнии). В целом вспышка длится около секунды или меньше.
Так как электрический ток пробивает по кратчайшему пути «грозовое облако – земля», молния, как правило, ударяет в объекты, расположенные поближе к небу: шпили, высокие деревья, отдельно стоящие дома. Температура канала молнии при главном разряде может, по разным источникам, превышать 25 000 °C, и это эффектное явление природы представляет серьезную опасность для людей и животных, зданий и сооружений, а также часто становится причиной лесных пожаров.
Дом и молния
В давние время никакой молниезащиты не было, потому что удар молнии считался карой за людские грехи. Однако в 1753 году американский ученый и президент Бенджамин Франклин изобрел громоотвод, точнее, «молниеотвод» (ведь сам гром не опасен) – теперь используется именно этот термин, и ситуация изменилась. С тех пор любой желающий имеет возможность значительно снизить вероятность поражения своего дома «небесными стрелами». Разумеется, первые громоотводы были несовершенны. Однако с развитием технологий системы молниезащиты становились все надежнее и надежнее. Сейчас есть оборудование, дающее практически стопроцентную гарантию безопасности как самому строению, так и всему находящемуся в нем электрооборудованию.
Загородные дома больше городских подвержены риску получить удар молнии, ведь расстояния между ними значительные, а разница в высоте не слишком велика. Разряд, попав в строение, может вызвать взрыв, возгорание, механические разрушения, мощнейшие электромагнитные импульсы, которые выведут из строя электрооборудование. Избежать печальных последствий поможет устройство молниезащиты, состоящей из двух систем: внешней и внутренней. Внешняя молниезащита предназначена для перехвата электрического разряда, отведения его к земле по токоотводам, внутренняя – для защиты электрооборудования от вызванного молнией перенапряжения в сети.
Поймать и обезвредить
Наиболее простая внешняя молниезащита – одностержневой пассивный молниеотвод: на крыше устанавливается специальный металлический прут и соединяется проводящим кабелем с точками заземления, через которые рассеивается заряд. Однако такие устройства не гарантируют абсолютную защиту от удара, годятся лишь для небольших зданий несложной архитектуры.
Более эффективное устройство молниезащиты состоит из трех взаимосвязанных частей: молниеотвода, проводника и заземлителя.
Молниеотвод (он же молниеприемник, громоотвод) должен перехватывать разряд молнии и бывает разных конструкций. Например, это может быть металлический стержень, установленный вертикально на самом высоком месте объекта (конек крыши, труба, флюгер, мачта телевизионной антенны и т. п.). Такая конструкция подходит для всех видов металлической кровли. Другой вариант – металлический трос, натянутый вдоль конька крыши на двух изолированных опорах, его лучше использовать на шиферных и деревянных кровлях. На черепичных кровлях предпочтительнее сеть: закрепленный по коньку крыши металлический проводник с отходящими от него токоотводами.
Токоотвод (заземляющий проводник, или спуск) служит для отвода заряда от молниеприемника к заземлителю и прокладывается по стене дома кратчайшим путем рядом с местами возможного удара молнии (коньком крыши, различными выступами и краями фронтонов, слуховыми и мансардными окнами). Соединения токоотводов с молниеотводами делают сварными, паяными, клепаными, на болтах и т. д. с последующей изоляцией.
Заземлитель (контур заземления) может быть простым металлическим стержнем (чаще стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы, находящемся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду. Выбор типа заземлителя зависит от состава почвы, ее влажности, температуры и других факторов. Так, например, при сухих грунтах и низком уровне грунтовых вод применяют вертикальные заземлители в виде металлических стержней от 2 до 3 м, вбитых через 3 м и соединенных между собой на глубине не менее 0,5 м перемычкой, к середине которой подведен токоотвод. Для влажных почв с высоким уровнем грунтовых вод и на торфяниках лучше использовать горизонтальные заземлители: уложенные на глубине не менее 80 см длинные (3–5 м) металлические профили – стальная арматурная проволока, полосовая сталь, уголки с шириной полок 40–50 мм. Такие заземлители рекомендуется укладывать подальше (не менее 5 м) от крыльца и пешеходных дорожек.
Следует помнить также, что существует так называемое шаговое напряжение, которое рядом с устройством заземления может быть очень высоким и опасным для жизни. Поэтому во время грозы не рекомендуется находиться на расстоянии ближе 5 м от заземлителя, чтобы не попасть под действие шагового напряжения.
Без проблем в сети
Даже если удар молнии не прямой, а далеко от дома, в линии электропередач наводится импульс перенапряжения в несколько киловольт. Современный загородный дом, как правило, оснащен дорогой бытовой техникой, аудио- и видеоаппаратурой, энергозависимыми инженерными системами (отопление, водоснабжение, кондиционирование, охрана и т. п.). Сильный скачок напряжения не только выведет технику из строя, но и может стать причиной пожара.
Чтобы сберечь технику и оборудование от электрических «пробоев», надо поставить на пути внезапно возникающих токов препятствие – устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Вместе с системой уравнивания потенциалов (которая для неспециалиста достаточно сложна, но обязательно должна быть предусмотрена проектировщиком) УЗИП создадут внутреннюю систему молниезащиты дома. УЗИП обеспечивают кратковременное присоединение к системе уравнивания потенциалов кабелей (электрических, телефонных, телевизионных и других), обычно не связанных с заземлением. На пальцах принцип отвода перенапряжения можно объяснить так. В схеме УЗИП есть шунт, по которому электроэнергия подается к нагрузке. Между шунтом и контуром заземления устанавливается перемычка из варистора, который способен резко уменьшать собственное сопротивление при возрастании приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. Поэтому, если напряжение в сети нормальное, сопротивление варистора велико, но как только на линии возникает перенапряжение, оно резко падает и варистор начинает пропускать через себя ток, который устремляется в заземлитель.
Устройство внутренней молниезащиты достаточно дорого, и если система предназначена для защиты большого количества электронных приборов, ее стоимость будет сопоставима или даже превысит стоимость внешней системы молниезащиты. Также надо помнить, что внутренняя молниезащита не предотвратит попадание молнии в дом, а только сохранит расположенную в нем технику при возникновении перенапряжения в электросети. Больше того: при ошибках в расчетах или монтаже она сама может стать причиной возгорания. Поэтому специалисты настоятельно рекомендуют комплексную молниезащиту из внешней и внутренней систем, дополняющих и страхующих друг друга.
И наконец, еще одно замечание. Молниезащиту лучше предусмотреть при разработке проекта: в этом случае все ее элементы будут зафиксированы в технической документации и наилучшим образом вписаны в архитектурный облик дома.
