Защита кровли от молнии

Каждый год от ударов молнии погибает несколько тысяч людей. Количество вызванных ими пожаров не поддается подсчету. Горят не только леса и торфяные болота, но и дома. Как обезопасить себя от риска пожара, вызванного попаданием молнии? Защиту от этого грозного природного явления придумали еще в середине 18 века. Громоотвод, или правильнее молниеотвод, достаточно простое устройство, чтобы его можно было сделать своими руками.

Молния что это?

Конвекция в больших размерах может происходить вследствие:

1)    Сильного нагрева  земной  поверхности  солнечными лучами;

2)     Опускания на теплые массы воздуха слоев, обладающих более низкой потенциальной  температурой;

 3)    Подсекания и отстранения кверху теплого влажного воздуха надвигающимися, более холодными воздушными массами.

В первом случае образуются т. н. тепловые (местные), а во втором и третьем циклонические (вихревые). Тепловые сравнительно быстро проходят и не особенно интенсивны. После них характер погоды обычно не меняется. Циклонические связаны с прохождением частных циклонов,  сопровождающих главный циклон. Они отличаются значительно большей продолжительностью и интенсивностью. После них характер погоды испытывает резкие изменения.

Суточный ход гроз

На континентах наибольшее число падает на послеполуденные часы, когда поверхность земли бывает наиболее сильно нагрета (преимущественно происходят между 15—18 час). На море, где разность температур воды и воздуха, вследствие более быстрого охлаждения последнего, достигает максимальной величины по ночам. Тепловые  чаще наблюдаются ночью, преимущественно во вторую ее половину, т.к. в это время образуются наиболее мощные конвекционные токи.

Годовой ход

 В течение года в средних широтах максимум грозовой деятельности падает на первую половину лета(15/V— 15/VII). Вообще 75—80% наблюдается в теплое время года (май—август). Зимние чаще всего наблюдаются на островах и в прибрежных странах. Внутри континентов они случаются чрезвычайно редко. В тропиках и подтропических зонах грозы совпадают с периодами дождей.

Географическое распределение

 Наиболее часты и интенсивны  в тропических странах. Например в Бейтензорге на острове Ява их бывает до 200 в году. В России на севере сравнительно редки (в Карелии около 9 в год). К югу по направлению к Черному морю число гроз увеличивается (в черноземной полосе 15 — 20), хотя на северном берегу Черного моря число их снова падает (в Ялте до 6). Значительно чаще и интенсивнее грозы в горных местностях (на Кавказе и Урале). Наиболее редки на дальнем севере и в Арало-Каспийских степях.

В Сибири между 50—60° широты бывает 10—20 в году. Всего на земном шаре происходит по подсчетам метеоролога Брукса ок.16 млн. гроз в год (44 т. в день). Приняв продолжительность  в 1 час в среднем, найдем, что в среднем одновременно на земном шаре происходит 1.800 гроз.

Проектирование защиты от молнии

Главные типы

Применяемые для защиты зданий громоотводы делятся на четыре главных типа:

1. Системы Гей-Люсака—Франклина, состоящие из немногих высоких стержней (острий), обычно порознь соединенных сравнительно толстым отводящим проводом с заземлителем. Эта система часто применяется для защиты отдельно стоящих небольших построек, танков с воспламеняющимися жидкостями, высоких дымовых труб и т . д. Стержневой молниеприемник защищает круговое пространство с радиусом, равным или вдвое большим высоты стержня;
2. Системы Мельсанса, состоящие из ряда низких и близко друг от друга отстоящих  собирательных острий, расположенных по крыше здания и соединенных между собой сравнительно тонкими проводами, со всех сторон здания отведенными к земле. Такой громоотвод представляет как бы сетку с широкими очками, накинутую на здание;
3. Типа клетки Фарадея—они похожи на громотводы Мельсанса, отличаясь от них тем, что молниеприемники отсутствуют вовсе, а здание окружено сравнительно густой сеткой заземленных проводов, которые в точках скрещивания соединены друг с другом;
4. Системы Финдейзена. В них отдельные собирательные острия заменены образующими острия металлическими частями, входящими в состав крыши здания — надставки над дымовыми трубами, коньки, гребешки, флюгарки и т. п. Эти части связывают с металлической крышей, образуя ряд хорошо соединенных электрических проводников, а в качестве отводящих проводников применяют дождевые водосточные трубы, соединяя их с заземлением в их нижней части.

Громоотводы 2 и 3 систем дороже первой, но представляют относительно большую защиту и потому применяются там, где содержимое строения представляет значительную ценность или же где сгорание постройки представляет большую опасность (например склады взрывчатых веществ). На судах громоотводы нужны лишь в том случае, если судно деревянное или, при металлическом корпусе, имеет деревянные мачты. Нa верхушке  мачты  укрепляют  острие (шпильку) и соединяют его посредством прибитых к мачте медных полос с внешней металлической обшивкой корпуса. При мачтах, снабженных спускными стеньгами, отводящие провода спускной стеньги соединяются особой разъемной перемычкой («наметкой») с остальной мачтой.

В виду малости интервалов линейная молния представляется глазу в виде одиночного яркого разряда, иногда с мерцающим светом. Многочисленными измерениями удалось установить наиболее важные параметры грозового разряда (для расчета и проектирования грозозащитных сооружений). Достаточно соблюдать несложные рекомендации по монтажу устройства молниезащиты, чтобы чувствовать себя уверенно даже в самую сильную грозу. Рабочее звено устройства – заостренный металлический стержень, поднятый выше окружающих строений и деревьев.

Металлический стержень

Чем он острее, тем эффективнее выполняет свои функции, но слишком утонченное острие расплавится при ударе молнии, поэтому оптимальным будет окончание стрежня в форме жала отвертки. Острие способствует концентрации электростатического поля, замыкает на себя разряд, и молния уходит в землю по проводу заземления. Выбирая место монтажа рабочего элемента, нужно помнить, что молниеотвод обеспечивает защиту от молний в зоне, имеющей форму конуса с вершиной на острие стержня и близким к прямому углом уклона. Все, что попадает в этот конус, защищено от попадания грозового разряда.

Сложная конфигурация

Исходя из этого, нетрудно рассчитать высоту, на которую необходимо поднять рабочий элемент, чтобы гарантированно закрыть весь дом. Если у здания сложная конфигурация или оно имеет большой периметр, на крыше следует закрепить два молниеотвода, чтобы обеспечить ему надежную защиту. Если крыша дома покрыта металлическими листами или металлической черепицей, она сама по себе может послужить молниеприемником. Достаточно соединить ее скаты между собой токоотводами, ведущими к заземлению. Мощность грозового разряда очень велика, она может достигать одного тераватта.

Выбирать проводник

Поэтому для провода заземления нужно выбирать проводник максимального сечения, чтобы он не расплавился при попадании молнии. Провод токоотвода обязательно должен быть хорошо заизолирован. Красить его нельзя, краска при таких температурах вспыхивает как порох и может послужить причиной возгорания. В качестве токоотвода можно использовать стальную проволоку не менее 5 мм в сечении, тонкую металлическую трубу, например, водопроводную, или стальную полосу. Чем короче будет провод заземления, тем он лучше послужит. Но располагать его нужно как можно ближе к окнам, в том числе слуховым, острым краям и выступам, представляющим собой зону повышенного риска разряда.

Заземления большого диаметра

Для заземления подойдет любой достаточно крупный металлический предмет: обрезок стальной трубы большого диаметра, спинка железной койки, связка арматуры. Единственное условие – тугоплавкость выбранного предмета и способность противостоять коррозии. Его соединяют с проводом и закапывают на глубину не менее 2 метров, но обязательно выше уровня грунтовых вод. Размещать заземление можно как вертикально, так и горизонтально, во втором случае длина заземлителя не должна быть менее 3 м. Если почва имеет повышенную влажность, то заземлитель располагают горизонтально. Если рядом с домом есть очень высокое дерево, систему молниезащиты можно закрепить на нем.

Если нет таких деревьев, а крыша неудобна для крепления рабочего элемента, можно разместить стержень молниеотвода на телевизионной антенне. Укладку заземления нельзя производить поблизости от выхода из дома, рядом с пешеходными дорожками или тем более под ними, такое же расстояние должно отделять заземлитель от колодцев, бассейнов и других источников воды. Расстояние от заземлителя до таких мест должно быть не менее 5 м. Иначе не исключен риск удара электрическим током.