В статье рассматриваются критические моменты организации грозозащиты своими руками, на которые требуется обратить особое внимание. Знать о них будет полезно даже в том случае, если грозозащиту будут делать сторонние специалисты.
Заземление
Чтобы защититься от электрического разряда, который и представляет собой молния, нам необходимо решить две задачи. Первая, это поймать такой разряд. И вторая, направить его в безопасное для дома место. Таким безопасным местом является заземление. С него мы и начнем.
На фото показана, пожалуй, самая популярная конструкция заземления для небольшого строения. Такая конструкция имеет три заземляющих проводника, которые расположены в углах равностороннего треугольника. На самом деле, это не догма. И количество заземляющих проводников может быть другим, и их взаимное расположение тоже. Самое главное, чтобы такая конструкция обеспечивала надежное заземление. Важнейшие параметры заземления определены такими документами, как ПУЭ (Правила устройства электроустановок, глава 1.7) и ГОСТами (ГОСТ 12.1.030–81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление», ГОСТ Р 50571.10–96 Часть 5. Глава 54. «Заземляющие устройства и защитные проводники»).
Главный параметр, который говорит о способности заземления обеспечить защиту, это сопротивление, которое не должно быть более 4 Ом. Можно встретить конструкции заземления, которые состоят всего из одного заземляющего элемента. Правда, заглубление такого проводника составляет обычно не менее 30 м, что реализовать без специальной техники на участке загородного дома невозможно. Поэтому вместо одного заземляющего элемента берут несколько. Количество элементов и их заглубление определяются конкретными условиями.
Исходя из средних условий нашей страны, обычно используют три заземляющих элемента, которые должны быть заглублены на 3–5 м. Стоит отметить, что после монтажа такой конструкции необходимо измерить сопротивление. Если оно меньше 4 Ом, то все нормально. Если же оно будет больше, то расстраиваться не нужно. Можно добавить один или несколько дополнительных элементов, которые понизят сопротивление.
Как располагать заземляющие элементы
Есть простое правило, которое говорит, что расстояние между заземляющими элементами должно быть не меньше, чем двойная глубина, на которую они забиваются. Этим и вызвана популярность равностороннего треугольника, это самый компактный вариант размещения. На самом деле, если соблюдать требование по расстоянию между заземляющими элементами, то их можно размещать даже в линию.
Следующим важнейшим вопросом является выбор материала. В принципе, как подсказывает логика, можно использовать любой проводник. Однако нам следует учесть не только электрические параметры, но и то, как этот материал будет вести себя с точки зрения надежности и сохранности. В ПЭУ представлены только три материала: черная сталь, оцинкованная сталь и медь. Поэтому лучше при выборе ограничиться ими, и не брать на себя риски экспериментаторов.
В зависимости от выбранного материала требуется придерживаться минимальных требований по площади сечения. Так, для круглой черной стали диаметр должен быть не меньше 16 мм, для оцинкованной стали и меди — 12 мм. Можно использовать не только круглые заземляющие элементы. Можно взять прямоугольные или даже уголок. Интересно, что в документе уголок указан только для черной стали. Ограничения для черной стали — площадь поперечного сечения 100 мм2 при толщине стенки 4 мм. Для оцинкованной стали 75 мм2 при 3 мм, а для меди 50 мм2 при 2 мм соответственно.
При выборе материала обычно оценивается стоимость, доступность и долговечность. С точки зрения долговечности не рекомендуется использовать арматуру. Дело в том, что верхний слой арматуры каленый, что сказывается на электрических параметрах. Кроме того, арматура быстрее ржавеет. Встречается и еще одно заблуждение. Сейчас много средств защиты черных металлов от коррозии. Поэтому может появиться искушение обработать заземляющие элементы такой защитой. Делать это запрещено по простой причине — такое заземление работать не будет, мы же этим покрытием изолируем заземляющие элементы от почвы.
Определившись с материалом, встает другой вопрос, каким образом правильно соединить отдельные элементы заземления?
Соединение должно быть надежным, прослужить не один год. В общем случае единого идеального решения не существует. Для черной стали обычно применяется сварка. Если сделать болтовое соединение, то каждый элемент будет подвержен коррозии, и вероятность нарушения проводимости только увеличивается. Правда, сварной шов становится самым уязвимым местом, это с точки зрения коррозии. Его вполне можно обработать защитным составом, на сопротивление всей системы это не повлияет.
Оцинкованную сталь сваривать нельзя. В месте шва защитный слой будет нарушен. С другой стороны, если использовать специальные соединители, которые изготавливаются из оцинкованной стали, то соединение будет защищено от коррозии, а значит, надежность работы будет обеспечена. Аналогичным образом поступают и с медными элементами. Существуют и технологии пайки, но встречаются они исключительно редко, да и дороги. Стоит упомянуть, что может применяться и нержавеющая сталь. Ее тоже лучше не сваривать, а использовать болтовое соединение. И нужно отметить, что в ПЭУ этот материал не рассматривается.
Материал подобрали, с соединениями определились, можно приступать к монтажу. Начинать нужно с разметки. Выбираем место для размещения заземляющих элементов. Тут нужно помнить, что ближайший элемент заземления должен быть не менее 1 м от фундамента. Дальше тоже не нужно, мы же еще должны соединить заземление с токоотводом. В местах размещения заземляющих элементов копаем ямы глубиной 0,5–1 м, потом эти ямы соединяем канавами такой же глубины. Заземляющие элементы длиной около 3 м можно забить кувалдой. Впрочем, все зависит от типа почвы.
Далее соединяем вертикальные элементы между собой. Для соединения обычно используется лента, только не забываем о требовании к площади поперечного сечения и толщине пластины. После того как сборка заземления выполнена, нужно проверить его целостность и организовать надежное соединение с токоотводом. Потом нужно засыпать землей, которую желательно уплотнить.
Да, перед засыпкой неплохо бы замерить сопротивление. О том, как это сделать, мы поговорим ниже. А пока помним, что если сопротивление будет больше 4 Ом, нужно подумать, где разместить еще один заземляющий элемент.
Токоотвод
На первый взгляд, элемент несложный, но на него возложено решение важнейшей задачи — доставка электрического разряда от молниеприемника до заземления. Токоотвод должен быть надежным и безопасным. Надежный — это значит, что при прохождении электрического тока он не разрушится, а безопасный — при прохождении электрического тока не будет нанесен вред как самому дому, так и оборудованию, которое в нем размещается. Сделать такой токоотвод несложно, но для этого необходимо соблюдать определенные правила.
Начнем с материала, из которого допускается изготовление токоотводов. Разрешается использование стали, меди и алюминия. Чаще всего используется круглый пруток или проволока. Сечение такого токоотвода должно быть не меньше: для меди — 16 мм, для алюминия — 25 мм, для стали — 50 мм. Стоит обратить внимание на алюминий. Непосредственное соединение меди и алюминия не допускается. Поэтому лучше их не использовать. А если без него не обойтись, то производить такое соединение следует через болты из нейтрального материала. Можно отметить, что ограничений на использование стали нет. Рекомендуется использовать оцинкованную сталь, чтобы защитить токоотвод от коррозии.
Прокладывается токоотвод по кратчайшему расстоянию между молниеприемником и заземлением, горизонтальными или вертикальными прямыми линиями. Количество соединений в токоотводе необходимо минимизировать. А уж если такие соединения необходимы, то должны быть надежными. Допускаются сварка, пайка или болтовые соединения.
Токоотвод крепится непосредственно на стены. Если они выполнены из негорючего материала, то допускается размещение токоотводов не только на стене, но и в стене. Если же стена выполнена из горючего материала, то возникает опасность возгорания, при прохождении электрического разряда токоотвод может нагреться до опасной температуры. Поэтому в случае горючих материалов токоотвод размещается на расстоянии не менее 10 см от поверхности стены. Размещать токоотводы следует подальше от окон и дверей. Если же такое по каким-то причинам невозможно, то на данном участке следует использовать токоотвод в высоковольтной изоляции. Нельзя размещать токоотводы в водосточных трубах.
Количество токоотводов зависит от конструкции защищаемого объекта, формы и размеров загородного дома, и требуемой степени защиты. При самой высокой степени защиты I среднее расстояние между токоотводами должно составлять 10 м. При степени защиты IV среднее расстояние составляет 25 м. Несколько токоотводов — это параллельные электрические соединения, а значит, сила тока, идущая по каждому проводнику, будет меньше. Как следствие — снижение разогрева такого проводника при прохождении электрического разряда, что снижает опасность возгорания.
Наличие нескольких токоотводов снижает и еще одно вредное воздействие молний. При прохождении электрического разряда по токоотводу возникает сильное электрическое поле, которое вызовет индуцированное перенапряжение в сетях и устройствах, находящихся в доме. Понятно, что уменьшение силы тока в проводнике снижает и напряженность электрического поля.
Правила допускают использование строительных элементы в качестве токоотводов. Это может быть металлический каркас здания, другие металлические элементы. Даже арматура здания или металлическое фасадное покрытие. Главное, чтобы электрическая непрерывность между элементами была надежной и долговечной. Так, например, для арматуры считается достаточным, если 50% всех горизонтальных и вертикальных стержней имеют сварные соединения. Толщина элементов фасадного покрытия должна быть не меньше 0,5 мм. Использование только естественных токоотводов может быть и рискованно, но в комбинации с оборудованным отдельным токоотводом можно получить сразу несколько токоотводов, а значит и рассмотренную выше выгоду.
В качестве токоотводов, а также заземляющих элементов, нельзя использовать трубопроводы, по которым транспортируется огнеопасные вещества. В загородном доме это газовые трубы и канализация, так как при разложении фекалий и органических отходов выделяется метан.
Стержневой молниеприемник
Молниеприемники можно приобрести уже готовыми, а можно изготовить и самостоятельно. Размеры и конструкции стержневых молниеприемников могут быть различными. Так, длина готовых устройств обычно составляет 2,5–15 м. Важно, чтобы верх пики молниеприемника находился выше самой высокой точки строения. Можно использовать и дополнительные мачты. Форма стержня не очень важна, главное, чтобы площадь сечения соответствовала нормам. Для разных материалов требуется разный минимум: медь — 35 мм2, алюминий — 70 мм2 и сталь — 50 мм2.
Считается, что чем тоньше заточен кончик пики молниеприемника, тем эффективнее он будет работать. С другой стороны, при попадании молнии слишком тонкий кончик обгорит или разрушится. Да и окислительным процессам он будет подвержен гораздо больше. Поэтому тут требуется найти золотую середину.
Молниеприемник защищает некоторое пространство, которое может быть оценено следующим образом. Проводим прямую линию от конца молниеприемника до земли, при этом угол между прямой и молниеприемником принимаем равным 45 градусам. Приняв прямую за образующую, строим защитный конус. Если строение полностью лежит внутри этого конуса, то дом будем считать защищенным. Если же отдельные его части выступают за конус, то защита будет недостаточной, необходимо установить дополнительный стержневой молниеприемник. Вокруг него строим новый защитный конус. Если оба конуса покрывают здание, то дом защищен. Если же нет, то выбираем место для еще одного стержневого молниеприемника. Так поступаем до тех пор, пока дом не будет защищен.
Проверка и контроль работоспособности системы молниезащиты
Организовали заземление, установили молниеприемник, соединили их токоотводами, монтаж закончен. Теперь нужно проверить, будет ли работать наша система. Электрическую связь отдельных элементов и их соединения можно проверить обычным тестером. А вот сопротивление заземления проверить простым тестером уже не получится.
Для замера сопротивления можно пригласить специалистов. Можно попробовать сделать это и самостоятельно, только для этого необходим специальный прибор и пара дополнительных электродов. Мы рассмотрим, как измерить сопротивление, на примере использования прибора М-416, который достаточно популярен и прост в эксплуатации.
Измеритель заземления М-416
Дополнительные электроды обычно идут в комплекте с прибором. Располагаем их в соответствии со схемой. Перед измерением электроды должны быть заглублены примерно на 0,5 м.
Схема измерения сопротивления заземления: 1 — контур заземления, 2 — уровень земли
Грозозащита требует регулярного контроля. Требуется проверять ее электрическую целостность и контролировать сопротивление заземления. Лучше это делать тогда, когда климатические условия наименее благоприятны. Сопротивление будет максимальным в двух случаях: летом, когда долго стояла теплая засушливая погода, и зимой в самый морозный период. В это время уровень влажности почвы минимальный, соответственно, сопротивление заземление максимальное.
Если проверка покажет, что все нормально, тогда можно считать, что с внешней грозозащитой закончено. Но это еще только половина дела. Нужно еще обеспечить внутреннюю защиту, которая называется защитой от перенапряжения.
Защита от перенапряжения
Полной защиты от грозы не существует. Но, чтобы максимально защититься от ее воздействия, кроме внешней защиты следует обеспечить и внутреннюю.
Ранее мы уже рассматривали случай, когда в домашних сетях может возникнуть индуцированное перенапряжение, которое вызывается молнией, попавшей в молниеприемник. Мы даже нашли способ снижения вредоносного воздействия. На самом деле, это редкий случай. Гораздо чаще молния воздействует на сети, даже не попадая в молниеприемник. Попадание молнии в линию, которая подводит электроэнергию в дом, может вызвать трагические последствия, даже если это случилось в нескольких километрах от дома. Вот от такого воздействия мы и постараемся защититься.
Ревизия электрической сети дома
Первое, что нужно сделать, это провести ревизию существующей электрической сети. Дело в том, что защита будет эффективной только тогда, когда внутренняя электрическая сеть сделана правильно. Начнем с самого простого. Достанем розетку из установочной коробки и посмотрим, сколько проводов к ней подключено. Если два, то сеть требует глубокой модернизации. Все дело в том, что правильная современная электрическая сеть трехпроводная: один провод для фазы, второй для нулевого рабочего, а третий для нулевого защитного. Если к розетке подведено всего два провода, то это значит, что нулевого защитного просто нет.
Существует достаточно распространенное и вредное заблуждение. Неопытный электрик может сделать для себя открытие — осознав, что рабочий ноль и защитный ноль все равно соединены на распределительном щите, значит можно сэкономить. С точки зрения электрической схемы ничего не изменится, если рабочий и защитный нули соединить прямо в розетке. И даже требовательные бытовые приборы, которые проверяют наличие защитного ноля, будут в этом случае работать.
В старых электроустановках защитный ноль был не предусмотрен, можно считать такое положение историческим наследием. А когда появились вилки с тремя контактами, то некоторые электрики стали использовать такую хитрость. На самом деле, такое решение просто бессмысленно. Главная задача защитного ноля состоит в том, чтобы защитить от перенапряжения и поражения электрическим током при отказе рабочего. Понятно, что если закоротить в розетке, то никакой защиты не будет. Поэтому необходимо проверить щит ввода и учета (вводно-распределительное устройство, ВРУ). Даже при однофазном подключении, когда на вводе всего два провода, уже на щите ввода необходимо произвести подключение защитного нуля. И от этого щита произвести разводку отдельного защитного ноля, тогда мы избавимся от ненадежного наследства.
Следующим шагом к подготовке внутренней сети будет проверка, а если нужно, то и организация системы уравнивания потенциалов. Вообще, уравнивание потенциалов позволяет минимизировать вредное воздействие токов утечки. Даже в самых обычных условиях наличие токов утечки имеют отрицательные последствия. Это и поражение электрическим током, и ускоренная коррозия проводов, и возможное перенапряжение при отгорании рабочего нуля. В случае же перенапряжения от молнии последствия могут быть еще хуже.
В нормативных документах определен порядок построения системы уравнивания потенциалов. Мы должны соединить такое заземление с основным заземлением дома через систему уравнивания потенциалов. Делается это в щите ВРУ, обычно еще до счетчика электроэнергии.
После такой модернизации можно приступить к организации эффективной внутренней защиты от импульсного перенапряжения.
Защита дома (класс B)
Назначение организации защиты от перенапряжений этого уровня понятно, необходимо защитить всю домовую электроустановку от прямых ударов молнии в здание или ЛЭП, а также от вызванного такими ударами индуцированного перенапряжения. Устанавливается защитное устройство в щите ВРУ до счетчика учета расхода электроэнергии. Чаще всего используются разрядники, хотя могут быть использованы и варисторы. Самое главное, чтобы они удовлетворяли требованиям, предъявляемым к оборудованию класса В.
Разрядник класса В
Основные параметры указаны на корпусе устройства. Для таких устройств пропускаемый импульсный ток должен быть не менее 10 кА, а кратковременный может доходить до 50 кА, максимальное напряжение должно быть 2,0–2,5 кВ.
Устройства могут быть одноканальные, как показано на фото. Такого будет достаточно при однофазном вводе. При трехфазном вводе удобнее использовать трехканальные устройства.
Между рабочим и защитным нулем на этом уровне защитное устройство не устанавливается. Корпус предназначен для размещения на DIN-рейку. Требование к материалу и конструкции — должно быть исключено возгорание и искрение за пределами корпуса устройства. Не допускается короткое замыкание даже при выходе устройства из строя.
Защита линии (класс С)
Устройства этого уровня защитить от прямого попадания молнии не могут. Они предназначены для остаточного перенапряжения, которое остается после прохождения разрядника на вводе. Устанавливается такое устройство обычно уже в распределительных щитах. Если их несколько, например, на каждом этаже, то можно устанавливать защитные устройства в каждом этажном щите независимо. На этом уровне лучше использовать четырех канальные устройства. Четвертый канал используется для установки между рабочим и защитным нулями.
Устройство на 4 канала
На этом уровне могут использоваться разрядники, хотя чаще применяются варисторы. Обычно их параметров бывает достаточно. Для таких устройств пропускаемый импульсный ток должен быть не менее 10 кА, а кратковременный может доходить до 40 кА, максимальное напряжение должно быть 1,3 кВ. Остальные требования аналогичны требованиям класса В.
Чтобы защита линии работала корректно, расстояние по кабелю от устройств предыдущего уровня должно быть не менее 7–10 м, что обеспечивает достаточный уровень задержки. В небольшом загородном доме может случиться такая ситуация, что расстояние будет меньше. Поэтому требуется организовать искусственную линию задержки, что несложно сделать, установив дроссель индуктивностью не менее 12 мкГн. Понятно, что дроссель должен быть установлен на каждый канал.
Защита устройства (класс D)
Это последний уровень защиты. Требуется далеко не для всех приборов. Для большинства двух предыдущих уровней будет вполне достаточно. Тем не менее, для защиты некоторых особо чувствительных и дорогих приборов такая защита все же целесообразна. Защитные устройства могут быть встраиваемые в розетки, так и автономные.
Защитное устройство категории D
Устройство, изображенное на фото, включается непосредственно в розетку, а уже потом подключается прибор, требующий защиты. Они могут быть и комбинированными, кроме защиты от перенапряжения в электрической сети они могут обеспечивать дополнительно и защиту слаботочных сетей. Изображенное на фото устройство имеет возможность защиты домашней компьютерной сети.
Реализовав в загородном доме внешнюю защиту и защиту от перенапряжения, мы получаем наивысший уровень защиты от гроз, доступный в настоящее время.
Видео по теме
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
