Система захисту від ураження блискавкою потрібна не тільки розумному будинку, але і будь-якій будові. Якщо в будинок вдарить блискавка, то блискавкозахист запобіжить поразки людей, захистить від пошкодження техніку та електрообладнання. Прочитавши статтю, ви дізнаєтеся, як працює блискавкозахист, чому вона дуже важлива і у скільки обійдеться її установка.
Що таке блискавка
Під час руху повітряних маса, зміни вологості та інших факторів, в атмосфері відбувається накопичення статичної електрики, напруга якого сягає мільярдів вольт. Коли напруга стає занадто великим, виникає електричний розряд, який і називають блискавкою. Розряд відбувається поетапно - іонізується ділянку атмосфери неподалік від місця найбільшої напруги. Крізь іонізований ділянку проходить стример (лідер) - невеликий розряд, що створює канал для потужного дугового розряду. Довжина стримера досягає декількох кілометрів. Після пробою однієї ділянки блискавка завмирає на кілька мікросекунд, після чого лідер пробиває наступну ділянку.
Одночасно від землі висувається стример, що йде назустріч. Це викликано різницею потенціалів і взаємним притяганням заряджених і незаряджених полів. Земля, завдяки високій електричної провідності і величезній масі грає роль незарядженого електрода, тому заряд статичної електрики притягує до себе незаряджені молекули. Цей же ефект з'являється, якщо потерти пальцями обгортку деяких цукерок - вона починає притягатися до шкіри під дією статичної електрики. Коли обидва стримера з'єднуються, виникає стійкий канал, через який проходить величезна кількість енергії, що досягає десятків гігават.
Місце формування нижнього стримера залежить від:
- висоти над рівнем землі;
- вологості повітря;
- швидкості руху вітру;
- рівня іонізації повітря.
Нижній лідер найчастіше формується в верхівці крон дерев, дахах будівель і інших об'єктах, що піднімаються над рівнем землі. Коли канал сформований, через місце появи нижнього стримера проходить струм в тисячі ампер. Якщо блискавка потрапляє в дах будинку, то статичну електрику напругою в мільйони вольт впливає на людей і побутову техніку. В результаті такого впливу техніка виходить з ладу, люди отримують серйозні травми, нерідко ведуть до загибелі, виникають пожежі.
Як працює система блискавкозахисту будівель
Основне призначення блискавкозахисту - змінити місце формування нижнього стримера. Для цього необхідно враховувати один фізичний закон - електричний струм йде по шляху найменшого опору. Повітря має дуже високий електричним опором, тому стример формується в результаті іонізації і розряду. Блискавкозахист забезпечує зміна висоти другого полюса, необхідного для розряду. Заземлення блискавкозахисту вкопано або вбито в землю, тому при ударі блискавки весь заряд йде вглиб грунту і розсіюється там. Блискавкоприймач і заземлення з'єднані сталевим, мідним або алюмінієвим провідником, який без проблем витримує струм в десятки тисяч ампер. Блискавкоприймач височить над будівлею, тому стример формується не від даху, а від нього. В результаті розряд блискавки потрапляє в блискавкоприймач і через металеве з'єднання йде в землю, де без шкоди розсіюється.
Для визначення необхідності блискавкозахисту враховують такі чинники:
- висоту будівлі над землею;
- середню вологість грунту;
- електричну провідність грунту;
- частоту гроз в районі, де встановлений будинок;
- матеріал даху;
- наявність поруч з будинком високих дерев, металевих або залізобетонних конструкцій.
Блискавка завжди йде по шляху найменшого опору. Якщо будинок височить над іншими будівлями, то велика ймовірність, що рано чи пізно блискавка потрапить у нього. Це особливо актуально для регіонів, де грози - часте явище. Якщо поруч з будинком знаходиться дерево, металева або залізобетонна конструкція, то з високою часткою ймовірності блискавка вдарить в неї. Адже електрична провідність дерева або залізобетону в десятки тисяч разів вище, ніж у повітря. Металевий дах є провокуючим фактором для блискавки. Адже електрична провідність стали набагато вище, ніж у дерева або залізобетону, а велика площа веде до більш потужному заряду. Тут спрацьовує той же принцип, що і в електротехніці - чим більше перетин провідника, тим менше його опір і, відповідно, вище струм.
Види молниеприемников для приватних будинків
Все блискавкозахисту поділяють по:
- типу і кількості молниеприемников;
- типу і кількості тоководов;
- типу і площі заземлення;
- загальної ефективності.
Блискавкоприймачі ділять на:
Активні молніепріемнікі, за запевненнями виробника, самотужки утворюють нижній стример, але їх ефективність не доведена. Як пасивного природного блискавкоприймача можна використовувати металеву покрівлю, якщо вона витримає струм розряду. Для цього її товщина повинна бути не менше 7 мм. Штирьовий молниеприемник - це металевий, найчастіше сталевий штир, що підноситься над будівлею. Тросовий блискавкоприймач виготовляють із сталевого троса, натягнутого над будівлею на двох струмопровідних опорах. Сітчастий молниеприемник виконаний у вигляді сталевої мережі, що піднімає над покрівлею.
Товщину і кількість тоководов розраховують виходячи з площі будівлі. Вони повинні витримувати струм в десятки тисяч ампер і не мати корозійних пошкоджень. Адже будь-яке пошкодження підвищує опір токовода, в результаті чого він перегрівається, а то і плавиться, що може привести до виникнення пожежі. Нерідко в якості тоководов використовують арматуру залізобетонних стін або колон. У цьому випадку захист від блискавки вбудовують в будівлю ще на етапі підготовки проекту для будівництва. Потім викопують котлован для фундаменту і монтують заземлення, після чого приступають до решти робіт. Площа і тип заземлення визначають виходячи з площі будівлі, опору грунту і застосовуваного матеріалу.
Найбільш ефективні сітчасті молніепріемнікі, що підносяться над будівлею на кілька метрів. Трохи менш ефективні тросові молніепріемнікі. Це викликано тим, що ефективна площа, на якій молниеприемник забезпечує захист, дорівнює його висоті. Якщо блискавкоприймач підноситься над металевим дахом на 10 метрів, то радіус ефективного захисту на рівні даху буде 10-12 метрів. Тому для ефективного захисту тросовий блискавкоприймач необхідно піднімати над дахом на відстань, рівну ширині будинку. Сітчастий молниеприемник від таких обмежень позбавлений. Найменш ефективний штирьовий молниеприемник, адже він працює за тим самим принципом - радіус захисту дорівнює висоті над верхньою точкою будинку. Тому для якісного захисту він повинен бути величезної висоти, що обійдеться дуже дорого. Досить ефективні і недорогі сітчасті молніепріемнікі, укладені на або під покрівлю. Якщо покрівля металева, то сітку необхідно укладати над нею на висоті 10-50 см. Якщо покрівля з бітуму або черепиці, то сітку можна підвісити прямо під нею. Товщина троса, сітки або штиря повинна бути достатньою, щоб без перегріву витримати струм в тисячі ампер.
Чи можна самому зробити ефективну захист від блискавки
При розрахунку блискавкозахисту доводиться враховувати безліч факторів, в яких добре розбирається тільки фахівець з таким системам. Адже потрібно визначити електричну провідність грунту, розрахувати розмір і форму заземлення, перетин токовода, тип, розмір і спосіб установки штанги. Можна зробити все приблизно, як кажуть, «на око», але чи буде ефективна така система? Адже не кожен власник розумного будинку знає:
- чому не можна з'єднувати безпосередньо мідні і алюмінієві дроти (через електролізу, викликаного різними опором оксидних плівок, дроти роз'їдає);
- чому не можна робити заземлення з алюмінію (таке заземлення під дією гальванічних струмів швидко прийде в непридатність);
- чому тоководов потрібно покривати діелектричним антикорозійним покриттям, а заземлення струмопровідних (щоб уберегти провідник від контакту з атмосферною вологою і забезпечити максимальне електричне взаємодія з грунтом).
Існує величезна кількість інших «чому», які впливають на ефективність роботи системи блискавкозахисту. З цієї причини не варто експериментувати, адже в результаті помилки може виникнути пожежа або ураження електричним струмом. Помилки, допущені під час проектування та монтажу блискавкозахисту, приведуть до потрапляння частини енергії блискавки під внутрібудинкову електричну проводку і знищення всієї електроніки.