Пристрій блискавковідводу висота, переріз струмовідведення, вимоги до блискавкоприймача та заземлювача
Блискавка - сильний прояв сил природи, з яким людина стикається із завидною регулярністю. Це електричний розряд, що виникає через взаємне тертя потоків теплого повітря з краплями води хмар та із землею. Його енергія настільки велика, що він валить дерева, підпалює дерев'яні покрівлі, виводить з ладу електроприлади та всю електропроводку. Для захисту від негативних наслідків удару блискавки встановлюють блискавки.
Пристрій блискавковідводів не можна назвати складним, проте при їх будівництві треба керуватися принципами надійності, пожежної безпеки та дотримуватися параметрів, описаних в інструкціях.
Історія блискавковідведення
Земля, по суті, представляє величезний конденсатор. Одна обкладка – поверхня планети та всього, що на ній знаходиться. Інша обкладка виконана із вільних зарядів в атмосфері. Повітря у цій системі грає роль діелектрика. Саме його пробою і є блискавкою.
Усвідомивши суть блискавки як електричного процесу, винайшов і розробив пристрій першого блискавковідведення Бенджамін Франклін. Талановитий фізик не зміг розвинути свій дар у науці через бурхливу політичну діяльність, завдяки чому його портрет зображений на стодоларовій купюрі.
Тесла зрозумів, що блискавка вдаряє у найвищу точку, пов'язану із Землею, через найменшу товщину діелектрика (шару повітря). В результаті серії проведених дослідів повітряний змій став першим блискавковідведенням в історії. В Україні ще раніше подібні експерименти проводив Ломоносов спільно з іншим фізиком Ріхманом.
Взагалі, блискавковідвід - це пристрій, що відводить руйнівну енергію блискавки від об'єкта, що захищається і розсіює її за допомогою заземлення. Про значення блискавковідводів зналибагато століть тому, спостерігаючи, як блискавки потрапляють у високі дерева, колони та вежі. Однак наукові експерименти та обґрунтовані висновки були зроблені лише у XIII столітті.
Частини конструкції
У принципі, пристрій будь-якого блискавковідводу має на увазі наявність трьох складових.
Струмопровід, що зв'язує блискавкоприймач із заземлювачем, виконується з провідника, і повинен витримувати короткочасне протікання колосальних струмів. Виробництвом струмовідводів займаються вітчизняні та зарубіжні фірми. Разом із провідником вони пропонують кріплення, що значно полегшує монтаж пристроїв.
Третя частина блискавковідводу - заземлюючий пристрій (ЗУ), що сприяє безперешкодному розтіканню струму в землю з струмопроводу.
Сюди справедливо можна було б додати і підставу, на якій зібрана вся ця конструкція. Але зазвичай у його ролі виступають самі об'єкти захисту (будівлі, опори ЛЕП та інше), хоча пристрій блискавковідводу може припускати його розміщення як самостійної одиниці на окремій підставі.
Для запобігання корозії елементи блискавковідводу повинні бути оцинковані або хоча б забарвлені. Якщо застосовується фарбування, то частина заземлювача, що знаходиться в ґрунті, не фарбується.
У випадку можна виділити такі види громоотводов, застосовуваних практично:
- найпоширеніші, завдяки низькій вартості та простому пристрої, але тому не менш ефективні, стрижневі блискавковідводи;
- тросові блискавковідводи забезпечують захист протяжних об'єктів типу довгих будов або високовольтних ЛЕП;
- сітчастим блискавковідводам, що мають найбільшу ефективність, віддають перевагу у разі захисту особливо важливих об'єктів.
Вартість сітчастого громовідводу дуже висока. Тому, незважаючи на високий ступінь захисту, такі пристрої застосовуються вкрай рідко, коли блискавкозахист має особливе значення. Тросові та стрижневі системи приблизно рівнозначні за ефективністю, але через простоту в обслуговуванні та невелику різницю у вартості останні мають пріоритет у застосуванні.
Є компанії, які освоїли виробництво блискавковідводів на промисловій основі, але найчастіше ці пристрої, враховуючи їхню простоту, роблять самостійно.
Монтаж блискавкоприймача
Одразу слід зазначити, що вимоги ПУЕ передбачають виконання з'єднань між усіма частинами блискавковідводу виключно зварюванням. Якщо це неможливо, допускається різьбове з'єднання болтами та гайками. Площа шайб, що застосовуються під час різьбового з'єднання, повинна бути збільшена. Не допускається монтаж елементів системи скручуванням проводів або будь-якими іншими методами.
Зрозуміло, висоту блискавкоприймача, переважно визначальну його ефективність, необхідно максимізувати. Згідно з інструкцією РД,для забезпечення надійного захисту треба підняти громовідведення мінімум на 3 м над поверхнею споруди. Це стосується стрижневих пристроїв. Висота прокладки тросового блискавковідведення залежить від довжини та висоти будівлі, конструкції заземлювача та питомого опору ґрунту, може становити 3-4 м. Для монтажу троса рекомендується зміцнювати дерев'яні опори на обох ковзанах будівлі, а між ними натягувати тросовий громовідвід, якщо мова йде .
Конструктивні особливості сіткових громовідводів дозволяють зміцнювати такі пристрої значно нижче. Залежно від кроку сітки, вони можуть бути розташовані в десятці або кількох десятках сантиметрів від плоскої покрівлі. Сітка з осередками 6Х6 см може бути укладена безпосередньо на поверхню даху або навіть під шар утеплювача, якщо він не є горючим.
Струмовідвід та заземлювач
Струмопровід (струмовідвід) це не менш важливий елемент блискавковідводу, ніж блискавкоприймач або заземлюючий пристрій. Якщо блискавкоприймач повинен мати площу поперечного перерізу, рівну 100 мм2 (пруток діаметром 12 мм), струмовідвід, що не відчуває термічного та ударного навантаження, не може мати діаметр менше 6 мм (ПУЕ). Збільшений перетин струмовідводу, беручи до уваги можливу величину струму, що протікає по ньому, тільки вітається.
Усі елементи блискавковідведення повинні бути надійно захищені від корозійних руйнувань. Найкращий варіант доїтися цього полягає у використанні для елементів системи оцинкованої сталі.
Зони захисту
Схема зони захисту одного окремого стрижневого блискавковідводу являє собою великий конус. Для громовідводів, що не перевищують висоти 150 м, приймаються такі габаритні розміри пристрою:
- для зони, яка знаходиться на рівні землі h0 = 0,85h; r0 = (1,1 – 0,002h)h; rx = (1,1 - 0,002h) (h - hx / 0,85);
- для зони лише на рівні даху, наприклад: h0 = 0,92h; r0 = 1,5h; rx = h - 1,5 (hx / 0,92);
де h - Висота блискавковідведення; h0 - деяка висота (зазвичай рівень даху); rx – діаметр основи конуса на висоті h0. Визначившись із умовними габаритами, можна використовувати формулу
для обчислення потрібних параметрів. Якщо, наприклад, відомі rx і hx (потрібний радіус зони захисту та задана висота цієї зони), можна обчислити висоту одиночного стрижневого відведення блискавки, необхідну для надійного захисту h. І, навпаки, при відомих h і hx легко обчислюється радіус зони rx і, порівнюючи його з необхідним, робиться висновок про ефективність пристрою захисту від блискавки.
Розрахунок подвійного стрижня
Приблизно ті ж дії проводять і при розрахунку подвійного стрижневого блискавковідводу та, в принципі, групи таких. Тут лише потрібно врахувати відстань L, де штирі знаходяться один від одного. Побудувавши кругові зони захисту кожного з них, дивляться на їхнє перетинання. Якщо весь простір, що захищається, лежить в їх межах, значить, надійний захист забезпечений. За тим же сценарієм можна визначити зони захисту різних пристроїв.
Зона захисту тросового блискавковідводу, точніше, їїоснова має форму округленого прямокутника. Для одиночного пристрою цього типу висотою h менше 150 м приймаються такі припущення:
-
при h
З її допомогою можна визначити необхідну висоту пристрою, за відомими параметрами площі, що потребує захисту, та її висотою розташування або провести зворотну процедуру.
Насправді розрахунок зон захисту блискавковідвідних пристроїв трохи складніший. Описані методи показують лише принципи, у яких він будується. Більш детальну інформацію можна легко знайти у спеціальній літературі.