Установленная на здании система внешней молниезащиты при квалифицированном расчете и правильном монтаже с успехом справляется с обязанностями по защите строения от разрушения и пожара, а пребывающих внутри людей – от поражения электрическим током. Но вот защитить расположенную внутри дома «умную» электронику от вызванного разрядом молнии электромагнитного воздействия она уже не в состоянии. Человеком подобного рода влияние не воспринимается, а для современных электроприборов, напичканных блоками с интегральными схемами управления, вторичные проявления разряда молнии могут стать смертельным. Этими агентами небесной «аль-каиды» являются занос высокого потенциала и наведенное напряжение, а их основное оружие – импульсное перенапряжение.

Занос высокого потенциала «проникает» в строение по протяженным токопроводящим коммуникациям (подземным, наземным и надземным трубопроводам (канализация, газ, водопровод), кабелям (воздушным линиям электропередачи, сетям телефона, радио, сигнализации и т.д.), воздухопроводам вентиляции и климатических установок и т.п.). Обусловлено это тем, что попавший в землю разряд не может моментально пропасть в одной точке, а начинает растекаться по направлениям с наименьшим сопротивлением и, повстречав на своем пути ведущие в дом токопроводящие коммуникации, заносится по ним внутрь строения. Слабым местом в этом отношении оказывается даже внешняя молниезащита, которая закорачивает токи разряда молнии (в 90 % разрядов сила тока около 20000А, но для 10% ударов она превышает 200000 А) на землю, что существенно повышает потенциал земли вблизи здания. Эффект наведенное напряжение обусловлено законом электромагнитной индукции – протекающий в момент разряда по каналу молнии ток в десятки килоампер индуцирует ток в токопроводящих контурах внутри здания. Радиус действия данных вторичных проявлений разряда молнии составляет порядка 2 км, а при определенных условиях и 5 км. Для защиты от вредоносного воздействия этих факторов применяются система уравнивания потенциалов и устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Задача УЗИП – ограничить возникающие в сети перенапряжения до приемлемых для электрооборудования значений. Причем сюда входят и коммутационные перенапряжения, возникающие при включении/выключении сварочного оборудования, электродвигателей, трансформаторов, освещения и т.п., обрыв нулевого проводника на питающей подстанции. Для создания системы адекватных защитных устройств применяется двухимпульсная модель перенапряжений, вызванных разрядом молнии. Прямое попадание молнии в систему внешней молниезащиты или в воздушную линию электропередач (в месте удара и на удалении десятков метров от него) моделируется импульсом тока с длительностью фронта 10 мкс и длительностью спада на полувысоте 350 мкс (сокращенно 10/350 мкс). Расчетная амплитуда импульса при прямом попадании во внешнюю молниезащиту – 200 кА, а в линию электропередач – 100 кА.


Непрямой затухающий удар молнии и коммутационные перенапряжения моделируются импульсом амплитудой 10кА, длительностью фронта 8 мкс, и длительностью спада на полувысоте 20 мкс (сокращенно 8/20 мкс).



При выборе УЗИП для линий электропитания, считается, что эти оставшиеся 50% проходят исключительно по электросетям. Наиболее эффективной на сегодня признанна зонная концепция защиты от импульсных перенапряжений, суть которой состоит в каскадном снижении перенапряжения на пути до защищаемого электрооборудования. Для этого электросеть здания разделяется на зоны молниезащиты LPZ (Lightning Protection Zone) и на переходе между ними устанавливается соответствующее УЗИП, которые в зависимости от места установки и рабочих параметров согласно стандарту IEC-61643-12 (2002) делятся на классы I, II и III. В немецком стандарте E DIN VDE 0675-6 (1989-11) этим классам соответствуют B, C, D, но сегодня ведущие производители УЗИП практически не применяют буквенных обозначений. Применяемые УЗИП должны обеспечивать снижение амплитуды импульса перенапряжения до величины, которую в состоянии выдержать электрооборудование. Так для малочувствительных устройств (телевизор, магнитофон, DVD-плеер и т.п.) она составляет 1,5 – 1,8 кВ, для чувствительных, таких как компьютер, - 1,0 – 1,5 кВ, для сверхчувствительного управляющего и коммуникационного оборудования – 0,5 – 1,0 кВ.

УЗИП класса I (типа 1) по принципу действия являются коммутирующими (в отсутствие импульса перенапряжения сохраняют высокое полное сопротивление, которое в ответ на скачок напряжения изменяется на низкое за время порядка 25 нс) и называются разрядниками. Эти устройства, предназначенные для защиты от импульса 10/350 мкс, устанавливаются на переходе зон LPZ 0 (А) – LPZ 1 (В), то есть на вводе в здание в главном распределительном щите, рассчитаны на максимальный импульсный ток 40 – 65 кА. Они обеспечивают уровень защитного напряжения от 4,0 до 0,9 кВ. Дальнейшее снижение уровня пропускаемого напряжения, то есть переход зон LPZ 1 (В) – LPZ 2 (С), обеспечивается УЗИП класса II (типа 2), которые предназначены для защиты от импульса 8/20 мкс и представляют собой варисторные разрядники (сопротивление резко падает при превышении определенного напряжения), рассчитанные на максимальный импульсный ток 2 – 40 кА и обеспечивают уровень защитного напряжения от 2,5 кВ до 450 В. Устанавливаются эти УЗИП в силовые щиты (как правило, на 20 кА) и этажные щиты (как правило, на 10 кА) и согласовываются с разрядниками класса I. Существует еще и зона защиты LPZ 3 (D), на переходе в которую устанавливают УЗИП класса III (типа 3), предназначенные для защиты высокочувствительного оборудования от импульсов остаточных перенапряжений типа 1,2/50 мкс. Это довольно дорогое «удовольствие» и в частных домах в нем необходимости практически никогда не возникает.

Комфортное пребывание в любом помещении определяется не только удобной мебелью, приятным освещением, радующим глаз интерьером, но и чувством полной безопасности при любых природных катаклизмах за окном. Если для Вас не пустые слова девиз «Мой дом – моя крепость!», то установка комплексной системы внешней и внутренней молниезащиты должна быть непременно включена в перечень обязательных расходов.
Удар молнии явление непредотвратимое и не столь уж редкое в наших широтах, поэтому главной задачей по защите человеческой жизни и имущества, является перенаправление в землю разряда небесного электричества по заранее подготовленному безопасному пути. С этим успешно справится квалифицированно спроектированная и качественно смонтированная внешняя система молниезащиты. Но коварство молнии на этом ограничивается. Даже ударив в землю за несколько километров от здания, ее разряд, проникнув внутрь по кабелям или различным электропроводящим коммуникациям за счет наведенного напряжения и заноса высокого потенциала способен создать импульсные перенапряжения, наносящие непоправимый вред электронной технике и электрооборудованию. Надежным щитом в этом случае является грамотная установка внутренней молниезащиты.

С того далекого 1752 года, когда Бенджамин Франклин впервые направил разряд молнии по металлическому стержню и парижские модницы начали украшать молниеотводами свои шляпки, система молниезащиты претерпела принципиальные кардинальные изменения. Современная система молниезащиты здания состоит из двух составляющих – внешней и внутренней. Первая представляет собой рассчитанную согласно конфигурации профиля крыши, высоты здания, его архитектурных особенностей и окружающего ландшафта конструкцию из молниеприемников, токоотводов и заземляющих устройств, которые предназначены для направления разряда мимо защищаемого строения, создав ему более легкий путь достижения поверхности земли. Вторая обеспечивает защиту расположенной внутри здания электроники от вызванного разрядом молнии электромагнитного воздействия.



Усовершенствованная не одним поколением исследователей и инженеров классическая внешняя молниезащита на протяжении нескольких столетий надежно охраняет здания и сооружения от разрушительных воздействий атмосферного электричества. Подобная схема состоит из трех основных компонентов: молниеприемника, токоотводов и заземляющего устройства. Молниеприемник принимает на себя удар молнии, не подпуская его к защищаемому объекту, а токоотводы (опуски) направляют «пойманный» разряд к заземляющему устройству, которое обеспечивает безопасное растекание тока молнии толще грунта. В классической или пассивной схеме молниезащиты приемником может быть определенной длины и поперечного сечения стержень (стержень Франклина) или расположенная на крыше сетка из проводов, а также комбинация этих элементов.



По коньку крыши прокладывается провод центральной линии токоотвода, защитное действие которого распространяется в пределах определенного угла. Этот угол определяется согласно соответствующей таблице, но, как правило, под его действие попадает вся крыша и нет необходимости в нанесении дополнительной молниеприемной сетки. В качестве материала для провода или правильней круглого проводника диаметром 8 мм (1) используются алюминий или медь. Более дешевым вариантом является использование алюминия. На крыше провод приблизительно через 1 метр закрепляется специальными держателями (2). Таких держателей нужно брать штук на 20 больше, чем получается из расчета длины провода. Между собой провода соединяются так называемыми крестами или официально – универсальными соединителями быстрого монтажа. Части вне зоны действия защитного угла должны защищается отдельно. В данном случае это выступ над входом и каминная труба. Окончания конькового провода на крыше и выступе над входом защищаются выступающим на 0.15 м и загнутым кверху проводом (4). Каминная труба, как самая высокая часть здания, защищается молниеприемником. Молниеприемный стержень (5) крепится к требе двумя изолирующими держателями (6). Также, для соединения с козырьком трубы используется специальный болт (7). С токоотводящим проводом молниеприемный стержень соединяется специальным переходником 16мм – 8 мм (8).
Поскольку задача установленной на крыше конструкции заключается в отводе тока молнии в землю, она соединяется с заземляющими устройствами при помощи опусков. Расстояние между опусками зависит от категории молниезащиты и для коттеджей берется равным около 20 метров. Количество опусков рассчитывается делением на 20 периметра крыши, но в любом случае их должно быть не менее двух. Расстояние до окон и дверей не должно быть менее чем 0.50 м. В основном опуски устанавливают радом с углами здания, где расположены и водосточные трубы, что не нарушает архитектуру строения. Отвод от центрального конькового провода ложится на расстоянии около 0.4м от края крыши и соединяется с водосточным желобом специальной клеммой (9). Далее через каждый 1 метр провод крепится к водосточной трубе специальным хомутом или к стене держателем по фасаду (10).
На высоте 1 метра по фасаду опуск соединяется зажимом (11) с оцинкованной медной или алюминиевой полосой (12). На расстоянии 1 метра от фасада полоса соединяется при помощи специального зажима (перемычки) (13) с первым стержнем заземления. Этот стержень состоит из двух вставленных друг в друга и забитых в землю шпилек длиной по 1.5 м каждая (14). Для упрощения забивания в грунт нижней шпильки используется остроконечная насадка (15). После заглубления первой шпильки вторая соединяется с ней при помощи одного из вариантов: механическое сочленения методом заклинивания, резьбовое вкручивание шпильки в шпильку, с помощью безрезьбовой муфты или резьбовое муфтовое соединение. Далее через 5 метров к полосе присоединяется второй стержень заземления, также состоящий из двух шпилек. Место соединения стержня с полосой тщательно изолируется при помощи антикоррозийной ленты. Таким образом для каждого из равномерно расположенных опусков необходимо 7 метров оцинкованной полосы, 4 шпильки, 2 остроконечные насадки, 2 зажима (перемычки) и 1 зажим полоса-провод.

Вот вкратце и вся основная схема установке внешней молниезащиты для загородного дома или коттеджа. Но при этом нужно помнить, что за кажущейся простотой «прячутся» требования официальных нормативных документов, которые учитываю как природные особенности местности, так и физические свойства применяемых комплектующих.

В последнее время многие фирмы, специализирующиеся на установке систем молниезащиты, начали активно пропагандировать новинку на рынке молниеприемников - системы упреждающей стримерной эмиссии - ESE (Early Streamer Emission System). По замыслу ее создателей ионизация воздуха вокруг острия активного молниеприемника позволяет инициировать встречный стример при приближении лидера разряда молнии за значительно менее длительный промежуток времени, чем это имеет место для классического пассивного молниеприемника. Теоретически площадь зоны защиты подобного устройства должна также превышать подобный показатель для классической модели. То есть, установив на крыше один приемник ESE и укрепив на стене только один опуск к заземлению мы «накрываем» защитным колпаком всю крышу и установленные на ней устройства. Так, при высоте системы ESE 6 м над кровлей диаметр защищаемой площади составляет 80 м и позволяет не заморачиватся с креплением молниеприемной сетки и опуском токоотводов через каждые 20 м периметра крыши. Помимо этого существенным преимуществом использования системы ESE является минимальное изменение внешнего облика защищаемого строения – в пределах видимости находится только молниеприемник, а опуск можно довольно легко «задрапировать».

Однако в реальной жизни не все так безоблачно, как в рекламных проспектах. Для начала вызывает настороженность отсутствие методики расчета зон защиты. Для этого производители предоставляют готовые таблицы. Учитывая сложность моделирования разряда молнии, предлагаемая для объяснения принципа работы системы упреждающей стримерной эмиссии упрощенная схема вызывает довольно много вопросов, на которые в данный момент нет исчерпывающих ответов. Также настораживает отсутствие безоговорочного признания преимуществ подобных систем авторитетными экспертными организациями.

Однако в этом вопросе не все так однозначно, как в рекламных проспектах. Первые утверждения о неэффективности применения систем упреждающей стримерной эмиссии для защиты от удара молнии прозвучали в 2004 году на форуме, организованном Ассоциацией инженеров-консультантов Малайзии (АСЕМ) для обсуждения различных аспектов применения нетрадиционных молниеприемников. В 2005 году серьезность этой проблемы осознали в ICLP (International Conference on Lightning Protection), авторитетной научно-технической организации, занимающейся вопросами практического применения средств молниезащиты. Активное обсуждение вопросов эффективности и безопасности применения систем ESE вызвало довольно резкую и не совсем адекватную реакцию со стороны французской промышленной ассоциации GIMELEC, которая на предложение ICLP предоставить для обсуждение на проводимой 23-26 июня 2008 в шведском городе Упсала (Uppsala, Sweden) международной конференции практическое подтверждение эффективности применения систем ESE, начала угрожать ICLP подачей исков за нанесение ущерба. В апреле 2009 года Европейский комитет электротехнической стандартизации (CENELEC) принял постановление D134/037 с требованием к европейским странам привести нормативную документацию по установлению средств молниезащиты в соответствие с требованиями EN 62305. Несмотря на все усилия французских производителей активной молниезащиты, стандарт NFC 17-102 (который по своей сути является спецификацией системы ESE) так и не был приведен в полное соответствие с EN 62305 (IEC-62305), поэтому на данный момент формально применение систем упреждающей стримерной эмиссии в Европе является нелегитимным.

Фирмы по установке молниезащиты можно понять – активная система монтируется и проектируется гораздо проще, но учитывая ее далеко не символическую стоимость и совсем неоднозначные утверждения о ее стопроцентной надежности, лучше все-таки отдать предпочтение проверенной десятилетиями классической схеме, чтобы не стать жертвой существующего и в «просвещенной» Европе лохотрона. Лет через десять-пятнадцать, с накоплением статистических данных, будет точно известно, чего на самом деле стоит применение упреждающей стримерной эмиссии для защиты от дара молнии.