Лучший способ защиты дачи от молний - монтаж громоотвода своими руками. Как защитить дом от молнии или правильная молниезащита

15. Перенапряжения прямого удара молнии
Перенапряжениями специалисты называют любые кратковременные повышения напряжения в электрической сети над его номинальным уровнем. Здесь будут рассмотрены перенапряжения, которые вызывает ток молнии в месте удара. Самая простая ситуация – молнию принимает на себя специально установленный стержневой молниеотвод . Ее ток I через молниеприемник, а затем через токоотводы попадает в заземлитель и растекается в земле. При этом на сопротивлении заземления R з выделяется напряжение U R = I молR з. Это очень большое напряжение. Например, при I мол = 100 кА и R з = 10 Ом получается U R = 1000 кВ. Примерно такой же потенциал будет в ближайшей окрестности молниеотвода. Расположенный поблизости подземный кабель примет почти тот же потенциал и, если не предпринять специальных мер, передаст его по кабелю внутрь защищаемого здания, вызвав повреждения изоляции, которую на столь высокое напряжение не рассчитывали.
Воспроизведем еще одну практически значимую ситуацию, положив, что металлическая мачта молниеотвода одновременно выполняет функцию осветительной мачты и потому на ней крепятся изоляторы воздушной линии, питающей светильники. Потенциал мачты в месте крепления изоляторов светильников заметно выше, чем U R, потому что к падению напряжения на заземлителе добавляется падение напряжения на индуктивности мачты (или шин токоотводов, которые по ней проложены, если сама мачта непроводящая). Амплитуда напряжения на индуктивности L равна U L = L (di /dt )max, где выражение в скобках определяет скорость роста тока на фронте импульса. В оценке на усредненную длительность фронта импульса первого компонента молнии T f » 5 мкс для тока 100 кА, легко получить (di /dt )max » I мол/T f = 2´1010 А/с, что для индуктивности L = 30 мкГн (мачта высотой ~ 30 м) дает U L = L (di /dt )max = 600 кВ. Суммарная величина U мол = U R + U L возрастает, таким образом, в разобранном примере до 1600 кВ. Силовой провод находится под потенциалом осветительной сети (220/380 В), пренебрежимо малым по сравнению с U мол и потому практически все напряжение U мол действует на изоляцию силовой цепи относительно земли, в итоге перекрывая ее. Это типичный пример грозовых перенапряжений, в равной степени опасных и для низковольтных сетей, и для линий электропередачи высокого напряжением, где в роли молниеприемка выступает опора или молниезащитный трос линии.

16. Индуцированные перенапряжения от молнии
Это самый распространенный вид перенапряжений, за который ответственно электромагнитное поле молнии. Здесь будут рассмотрены раздельно последствия изменения магнитного поля тока молнии и последствия изменения заряда, который несет ее приближающийся к земле канал. В какой-то степени такое деление - условность, но оно удобно для понимания сути дела.
Если произвольный контур помещен в магнитное поле B , в контуре будет наведена ЭДС магнитной индукции U маг » -S A B. Здесь A B =dB /dt – скорость изменения магнитного потока, пронизывающего контур площади S . Пусть, например, этот контур создан витой парой проводов, которые связаны с компьютером. Тогда площадь контура очень небольшая, порядка 10 см2 (в расчете на кабель длиной в несколько метров). Допустим еще, что провод проходит по стене здания на расстоянии r = 1 м от параллельного ему токоотвода, который отводит к земле ток молнии от молниеприемника. Оценка сверху должна ориентироваться на предельно высокую скорость роста тока молнии A I. Действующие нормативные документы дают величину A I = 2∙1011 А/с. Скорость роста магнитного поля, которая ей соответствует, оценивается при этом как
,
где m0 = 4p∙10-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума. В рассматриваемом примере Ф B » 4∙104 В/м2 и потому U маг = -SФ B » 40 В. Не нужно пренебрегать полученной величиной. Она на порядок больше рабочего напряжения современной микросхемы и наверняка выведет ее из строя.
Представление о другом масштабе перенапряжений дают оценки для воздушной линии электропередачи напряжением 220/380 В. Здесь площадь контура, образованного фазным и нулевым проводом, легко достигает S = 100 м2. Даже далекий разряд молнии на расстоянии r = 100 м от линии приводит к средней скорости роста магнитного поля ~ 400 В/м2, что дает перенапряжение в 40 кВ, безусловно опасное и для трансформаторной подстанции, и для потребителей, которых та питает.
Теперь об электрической составляющей наведенных перенапряжений. Ее вызывает переток электрического заряда, который наводится электрическим полем канала молнии. Заряд канала достаточно весом, около 0,5 – 1 мКл на метр длины, а электрическое поле у земли, которое он возбуждает, многократно превышает электрическое поле грозового облака. Оценка по полю E мол » 200 кВ/м не будет слишком завышена. Теперь представьте проводник электрической емкостью С , размещенный над землей на высоте h. Это может быть горизонтальный провод (например, антенна), металлический корпус какого-то агрегата или строительная конструкция. Потенциал от заряда канала молнии на высоте h , равный U эл = E молh наведет на заземленном проводнике заряд Q = CU эл. После удара молнии в землю, когда заряд ее канала нейтрализуется и электрическое поле исчезнет, наведенный заряд стечет с проводника в землю через сопротивление заземления R з. Ток от стекающего заряда создаст падение напряжения на проводнике относительно земли. Это может быть вполне приличная величина. Если, например, емкость объекта С = 1000 пкФ (провод длиной около 100 м), а высота его подвеса над землей 5 м, то заряд канала молнии создаст в месте размещения объекта потенциал до U эл = E молh = 200´5 = 1000 кВ. В результате наведенный заряд составит Q = CU эл = 10-9´106 = 10-3 Кл. При нейтрализации приземной части канала молнии за время Dt » 1 мкс по сопротивлению заземления проводника протечет ток i » Q /Dt = 10-3/10-6 = 1000 А, который вызовет падение напряжения на сопротивлении заземления R з = 10 Ом величиной U эл = i R з = 1000´10 = 10 кВ.

17. Занос высокого потенциала
Таким не очень благозвучным и не вполне точным словосочетанием в молниезащите называют доставку к защищаемому объекту высокого напряжения по его надземным или подземным коммуникациям. Сам объект может быть и не поражен прямым ударом молнии. Пусть молния ударила совсем в другое сооружение, в дерево или даже просто в землю. Растекаясь в земле у пораженного сооружения, ток молнии создаст на его заземлителе очень высокое напряжение, U з = I молR з. (например, 300 кВ, если R з.= 10 Ом, а I мол = 30 кА). Под таким же напряжением окажется металлическая оболочка коммуникации, которая связана с тем же заземлителем. Волна напряжения может распространяться по коммуникации на большие расстояния, особенно если она наземная и лишена утечки электрических зарядов в грунт. Но даже в подземном исполнении коммуникация может транспортировать волну высокого напряжения на расстояние в сотни метров без заметного затухания. Чем выше удельное сопротивление грунта, тем эффективнее транспортировка. В скальных породах, сухих песках или в вечно мерзлых грунтах занос высокого потенциала опасен даже на расстояниях в несколько километров.
Особо нужно отметить современные коммуникации из пластиковых труб. Внутри их электролит (в крайнем случае, водопроводная вода, которая тоже неплохой проводник), вполне пригодный для передачи высокого напряжения на большие расстояния, а снаружи высококачественный пластик, надежно изолирующий внутреннюю среду от контактов с грунтом. Теперь утечки в грунт исключаются полностью. Легко представить последствия прикосновения человека к металлическому крану такой коммуникации. Стоя на земле с нулевым потенциалом, он окажется под действием полного напряжения, которое передано по жидкостному каналу.

18. Перенапряжения от распространения тока молнии по металлически оболочкам
Металлическую оболочку обоснованно считают эффективным электромагнитным экраном. Тем не менее, она не спасает полностью от воздействия грозовых перенапряжений на внутренние цепи. Причину возникновения перенапряжений легко уяснить из следующего рисунка. Ток молнии, распространяясь по металлической оболочке длины l , создает на ней падение напряжения DU = R 0lI , где R 0 – сопротивление

единицы длины оболочки. Внутренний провод связан с началом оболочки и потому принимает ее потенциал в месте контакта. Потенциал другого конца оболочки из-за падения напряжения от тока I на DU меньше. Значит между концом внутреннего проводника и концом оболочки будет действовать напряжение U э = DU = R 0lI . Следующая оценка позволяет понять, о каких значениях здесь может идти речь. Пусть длина стальной оболочки l = 100 м, а площадь ее сечения – 100 мм2. Тогда погонное сопротивление составит R 0 = 0,001 Ом/м, что при токе молнии I = 100 кА приведет к перенапряжению U э = R 0lI = 0,001´100´100 = 10 кВ. Этого вполне достаточно для повреждения изоляции осветительного кабеля 220/380 В.
Более строгий анализ показывает, что металлическая оболочка не спасает полностью и от перенапряжениях в двухпроводных системах. Дело в том, что потенциал, принимаемый внутренним проводником, зависит от его внутреннего расположения. Все проводники равноценны только в оболочке круглого сечения. Если же сечение оболочки некруговое (например, это прямоугольный короб), потенциалы проводников будут различными и между ними появится напряжение. Как, правило, оно на порядки ниже только что оцененной величины, но и этого бывает достаточно для повреждения микросхемы, к которой подходит кабельная пара.

19. Защитное действие молниеотводов
С времен Франклина и Ломоносова принято, что молния направляется к наиболее высокому сооружению на земной поверхности. Это положение можно принять и сегодня, но с принципиальной оговоркой: молния с наибольшей вероятностью направляется к наиболее высокому сооружению. Вероятность поражения менее высокого тоже ненулевая. Из самых общих соображений понятно, что эта вероятность снижается с увеличением разности высот. Значит, для надежной защиты высота молниеотвода должна быть больше высоты защищаемого объекта. Чем больше требуемая надежность, тем выше должен быть молниеотвод.
Выбор молниеотводов часто производят по их зонам защиты. Предполагается, что надежность защиты не будет ниже указанной величины, если объект целиком размещен внутри зоны защиты. Для стержневого молниеотвода зону защиты представляют в виде конуса, вершина которого лежит на вертикальной оси стержня. Из сказанного выше следует, что вершина зоны должна располагаться ниже вершины молниеприемника, если гарантируемая надежность защиты больше 0,5. Чтобы убедиться в этом достаточно предположить два расположенных вплотную заземленных стержня равной высоты, посчитав один из них молниеотводом, а другой объектом. Ясно, что за большой срок наблюдения стержни примут на себя равное число ударов молнии (50%-ная надежность защиты). Чтобы обеспечить надежность 0,9 или 0,99 стержень, обозначенный молниеотводом, обязательно должен стать выше, чтобы принимать на себя большую часть молний. Сказанное в равной степени справедливо и для тросовых молниеотводов.

Даже при очень большой разности высот молниеотвод не может обеспечить идеальной защиты. На снимке, который здесь представлен, молния промахнулась мимо вершины Останкинской телебашни на 202 м. Такой случай не уникален.
На практике оперируют надежностью защиты 0,9 или 0,99 (к защищаемому объекту прорывается одна молния из 10 или из 100), редко – 0,999. Для одиночного стержневого молниеотвода высотой h £ 30 м радиус зоны защиты с надежностью 0,9 на уровне земли равен примерно r 0 = 1,5h . а с надежностью 0,99 r 0 = 0,95h . Применение системы из многих молниеотводов заметно расширяет зону защиты. При разумном расположении защищаемый объем может быть в несколько раз больше суммы зон защиты каждого из молниеотводов в отдельности. Этим широко пользуются специалисты.
Если правильно рассчитать и установить молниеотвод на крыше своего дома или около него, можно почти не беспокоиться о прожогах кровли. Даже при надежности защиты 0,9 к дому относительно небольшой высоты прорвется меньше одной молнии за 100 лет. К сожалению, на электромагнитные воздействия молнии такой молниеотвод почти не повлияет. Именно эти воздействия становятся главной причиной аварийных ситуаций.

20. Защита от электромагнитных воздействий молнии
Для современной техники – это самая важная проблема. Фирмы со штатом в тысячи человек разрабатывают и выпускают аппаратуру для защиты от электромагнитных воздействий силовых электрических цепей, телефонных линий, каналов телевидения и даже средств охраны вашего дома от нежелательных “гостей”.
Защитные устройства независимо от их конструкции часто называют ограничителями перенапряжения. Представьте какую-нибудь двухпроводную электрическую цепь, которая входит в Ваш дом. Пусть это будет, например, сеть 220 В. У вас не возникнет проблем, если величину грозовых перенапряжений в сети ограничить уровнем, безопасным для изоляции внутренней проводки и включенной в сеть аппаратуры (например, телевизора, СВЧ-печи или компьютера). При рабочем напряжении 220 В изоляция кратковременно выдержит увеличение напряжения в 3 – 5 раз, вряд ли больше. Значит, на входе в дом надо поставить устройство, которое не даст перенапряжению подняться выше.
Механическая система здесь непригодна из-за своей инерционности. Любое механическое реле срабатывает за единицы-десятки миллисекунд, а грозовое перенапряжение, вызванное током молнии, нарастает примерно в 100 раз быстрее. Нужное быстродействие обеспечивается только полупроводниковыми или газоразрядными приборами. Сегодня успешно используют и те, и другие.
Принципиальная идея такова. В месте входа воздушной сети в дом параллельно проводам установлена шайба, спеченная из оксида цинка. Ее толщина подобрана так, что при напряжении 220 В она практически не пропускает тока и ведет себя как совершенный изолятор, не влияя на электрическую цепь. Однако при появлении грозового перенапряжения проводимость шайбы очень быстро нарастает. За доли микросекунды она приближается к проводимости металлического проводника. Возникшее таким образом короткое замыкание не пропускает перенапряжение к аппаратуре внутри здания и она остается неповрежденной. Когда же ток молнии затухает и перенапряжение исчезает, оксидно-цинковая шайба за те же доли микросекунды возвращается в непроводящее состояние. За столь малое время ее работы автоматы и предохранители не успевают сработать и электроснабжение дома не нарушается.
Примерно так же работают и другие полупроводниковые устройства, варисторы. Меняется только их рабочее напряжение (оно может быть и очень низким для защиты микропроцессорной техники), а принцип действия остается неизменным). Благодаря простоте конструкции полупроводниковые ограничители перенапряжения (ОПН) широко распространены. Их удается смонтировать в малогабаритном корпусе, примерно таком же, как бытовые автоматы, и легко крепить на линейке обычной коммутирующей аппаратуры. Тем не менее, сегодня специалисты все чаще обращаются к старым и давно известным газоразрядным приборам. В них защищаемая цепь замыкается не полупроводниковой шайбой, а после пробоя специального искрового промежутка малой длины.
Газонаполненные разрядники с искровыми промежутками – более сложный прибор, чем полупроводниковый ограничитель. В нем обязательно предусматривают устройство для обрыва дуги с током короткого замыкания электрической сети. Сама по себе эта дуга погаснуть не может, ее гасит специальное дутье. Зато искровой разрядник более надежен, а главное, - он совершенно не страдает от случайного не очень сильного, но длительного повышения напряжения в электрической сети, скажем, когда из-за перекоса фаз держится 270 – 300 В вместо нормальных 220 В. От такого перенапряжения оксидно-цинковая шайба чуть-чуть приоткрывается, начинает пропускать ток, перегревается и выходит из строя. Ничего похожего искровому разряднику не грозит.

21. Почему молния не в ладах с дилетантами
Прочитанные главки дают представление о разностороннем вооружении молнии. В конце концов, какое-нибудь ее оружие может сработать. Человеку не легче, если он, справившись с защитой своего сооружения от прямого удара молнии, пострадает от заноса высокого потенциала, грозовых перенапряжений в электрической сети или сбоев электронного оборудования, пославшего ложную команду. Защита от молнии должна быть комплексной и обязательно совместимой с технологическим назначением объекта. Полумеры здесь мало подходят. Более того, не исключена ситуация, когда недальновидное решение может усугубить опасные воздействия молнии. Вот почему проект по молниезащите должен подготовить специалист. Он должен внимательно оценить опасность всех возможных воздействий высокотемпературного канала, тока и электромагнитного поля молнии. Во внимание должно быть приняты не только конструктивные особенности защищаемого объекта, но и его окружение на поверхности земли и даже подземные коммуникации. Дилетанту такое не по силам.
Очень важно, чтобы средства защиты от молнии не “навешивались” на уже смонтированный объект, а разрабатывались еще на стадии проекта. Только тогда удастся максимально совместить элементы молниезащиты с конструктивными деталями защищаемого объекта и тем самым сберечь немалые деньги. Не редкость, когда совершенно незначительное изменение конструкции объекта, не сказывающееся на его технологических функциях, влечет за собой очень резкое повышение молниестойкости. На такие решения способны только высоко квалифицированные специалисты.

По итогам майских гроз пришлось провести ревизию сгоревшего оборудования и хотя ущерб был не так велик материально, но выход из строя некоторого оборудования нарушил устоявшийся комфорт проживания в собственном доме. Так я решил обратиться к специалистам в своей области, проконсультироваться и расширить систему защиты.

Исходные данные: дом, 3 фазы (15 кВт на дом), заземление штырем в 3 м длиной, автономная электросистема на базе солнечных батарей

На фото результат короткого замыкания со стороны линии 10 КВ. Защита не отработала на районной подстанции. Так выглядит вводной щит со стороны 0.4КВ. Автомат IEK на 100А не смог разорвать дугу между губками. Далее по линии стоял МАП HYBRID 9кВт 48В . Отделались легким испугом: в инверторе поменяли варистор, после чего МАП ожил, правда, перестал нормально работать порт RS232. То есть серьезная авария на подстанции, которая сожгла автоматический предохранитель на 100 Ампер, отразилась на инверторе только сгоревшим варистором и ошибками на контроллере, а весь прочий функционал устройства сохранился, как и вся техника, подключенная после него – достойная похвалы работа.

А ниже на фото узел учета со стороны 10 КВ

Эта авария случилась не в моем доме, но мне эти фотографии передали специалисты компании МикроАРТ . В свое время я решил переключиться на оборудование российского производителя для своей гибридной солнечно-сетевой электросистемы и описывал эти устройства и .
У меня же был следующий случай: во время грозы молния ударила в мою подстанцию или рядом, в результате чего отработала защита на вводе в дом. Результатом той грозы явилось сгоревшее зарядное устройство аккумуляторов, подключенное к сети в момент грозы, сгоревшее реле автоматики вентиляции (реле питалось от линии, которую поддерживало то самое ЗУ), а инвертор МАП Hybrid 4.5 кВт начал мигать экраном и перестал генерировать. После грозы перезапуск всех систем вернул дом к электроснабжению, инвертор запустился без проблем, а я задумался о серьезной защите домашней электросети.

Немного теории

Во время грозы в обычной квартире или офисном здании должны отработать защиты, установленные стационарной электросетью. В коттеджном поселке, деревне или на дачах защита, как правило, ограничивается вкопанным заземлением на подстанции и предохранителем, отключающим всю сеть от работы. Причем, по правилам подключения, заземление должно быть смонтировано также на каждом втором столбе и отдельно на конечном, где производится подключение абонентского дома. Пройдя по свой деревне и осмотрев более полусотни столбов, я не нашел ни одного заземления, то есть остается полагаться только на себя.

Вторым «убийственным» фактором является наведенное электричество. Во время молнии происходит довольно мощный всплеск ЭМИ, а проводка дома, по сути, является большой антенной. Чем ближе молния, тем больше вероятность скачка напряжения во внутренней сети. С таким явлением постоянно сталкивались и продолжают сталкиваться монтажники домовых локальных сетей, когда свитчи без заземления, во время грозы, сгорают целыми цепочками.

Итак, нам нужно защититься от внешнего импульса, который может прийти с подстанции и от внутреннего скачка, который может случиться при молнии рядом с домом.

Практика

Молниеотвод

Если Ваш дом находится на возвышении, далеко от любых строений и является высшей точкой на местности, то лучше озаботиться молниеотводом. Устройство это надежное, но необходимо четко высчитать площадь покрытия. На эту тему есть масса материалов в сети. Скажу только, что действие молниеотвода распространяется конусом от высшей точки к земле. Для «прикрытия» всего дома надо ставить либо два молниеотвода с металлическим тросом между ними, либо один, но довольно высоко. Если заземление молниеотвода выполнено отдельно от общего заземления, то необходимо применить систему уравнивания потенциалов.

Выдержки из ИНСТРУКЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ РД 34.21.122-87:
«В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители
электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ. „
“2.5. Для исключения заноса высокого потенциала в защищаемое здание или сооружение но подземным
металлическим коммуникациям (в том числе по электрическим кабелям любого назначения) заземлители защиты от
прямых ударов молнии должны быть по возможности удалены от этих коммуникаций на максимальные расстояния,
допустимые по технологическим требованиям. „

Ввод сети в дом

Опасность ввода высокого напряжения страшна не только в грозу, но и при перехлестывании проводов на столбах или большом перекосе фаз. Обычное дело для деревенских электросетей, когда напряжение по фазам может составлять 180, 200 и 240 В. ГОСТ допускает подачу питания с отклонением напряжения до 10% (если точно, то +10% и -15%) от нормы в 220 в, то есть от 187 до 242 В. Но не вся поставляемая аппаратура может выдержать такие перепады напряжения. Для обычной защиты лучше всего применять стабилизаторы напряжения. Причем есть трехфазные и однофазные стабилизаторы. Чаще всего три однофазных стабилизатора будут работать лучше одного трехфазного, хотя бы потому, что у простейших устройств отслеживается напряжение по одной фазе и изменение (увеличение или снижение) напряжения происходит по всем трем. Упрощенно: при подъеме напряжения со 180 до 220 В, произойдет рост напряжения на другой фазе с 210 до 250 В, что чревато для оборудования. Поэтому отслеживание каждой из фаз будет надежнее. Кроме того, можно выделить несколько типов стабилизаторов:

• Релейный
• Симисторный

Первый обладает высокой точностью установки напряжения, поскольку моторчик скользит водилом по обмоткам и задает нужное напряжение. Плюсы: низкая цена, высокая точность выдаваемого напряжения. Минусы: низкая скорость реакции на скачки напряжения, физический износ механики
Второй обладает повышенной скоростью переключения обмоток трансформатора, но так как мощности могут достигать десятка и более кВт, то контакторы реле изнашиваются и рано или поздно могут залипнуть, что приведет к печальным последствиям. Плюсы: доступная цена, достаточная скорость переключения. Минусы: недостаточная надежность ввиду использования механических реле.
Третий тип наиболее интересный, но и наиболее дорогой. Использование мощных ключей позволяет мгновенно реагировать на изменение входного напряжения и переключать обмотки трансформатора. Физического износа, как и залипания контактов попросту нет. Кроме того, переключение происходит при переходе синуса через ноль, поэтому и скачки также исключены. Плюсы: высокая скорость срабатывания, отсутствие физического износа. Минусы: высокая цена.

Для себя я выбрал более дорогой, но и более надежный вариант, стабилизатор с симисторным управлением СН-LCD “Энергия» на 6 кВт . Так как у меня уже стоит инвертор на 4.5 кВт, который в пике может выдавать до 7 кВт, то решено было выбрать стабилизатор с номинальной мощностью 6 кВт и возможностью выдавать в пике до 7.4 кВт.

Об особенностях работы этих стабилизаторов и какие вообще бывают стабилизаторы можно подробно прочитать .
Ну а мне было интересно его разобрать и посмотреть, что там внутри.

Вскрытие стабилизатора показало

Как видно из фото, стабилизатор использует тороидальный трансформатор, который при тех же размерах, что Ш-образный, имеет больший КПД и меньший вес. Сам трансформатор изготовлен в Туле, а стабилизатор разработан и собран в Москве. Таким образом можно смело заявлять о полностью российском производстве, которое сумели организовать и сохранить в компании МикроАРТ.

Итак, я подстраховался от проседания и роста напряжения в диапазоне 125-275 Вольт, но что делать, если будет резкий скачок напряжения, сильно выходящий за эти пределы? Инвертор как-то показал мне по фазе 287 В, после чего ушел в защиту. Но подай на него 380 В и он попросту сгорит, как и стабилизатор. Хотелось защитить дорогое оборудования. Требовался какой-то расцепитель, который при пороговых значениях напряжения отключал бы внешнюю сеть. Лучше уж остаться без сети, чем потом чинить или менять сгоревшее оборудование. Выход был найден - реле контроля сетевого напряжения УЗМ-51M1 .

Этот девайс создан для обеспечения работы одной фазы, при этом можно вручную задавать верхний и нижний пороги напряжения, при которых реле будет срабатывать. Время отключения составляет около 20 мс, что является очень неплохим показателем. При этом, небольшие просадки или некоторое превышение напряжения не вызовут моментального отключения, а запустится таймер отключения. При возврате параметров к норме реле самостоятельно подключит нагрузку к сети. Итак, домашние устройства защищены от перепадов и скачков внешней электросети при помощи реле контроля напряжения и стабилизатора. В случае исчезновения сети начинает работать инвертор. А что делать, если внешняя сеть уже отключена, молния бьет рядом и проводка дома работает, как антенна?

Защита внутренней сети

Будем исходить из того, что все розетки имеют правильную разводку, заземление выполнено должным образом и лишний заряд стекает в землю. Но скачок напряжения во внутренней сети легко губит всю технику, поскольку все защиты стоят для обороны от внешних скачков. А вот от внутренних наводок ничего нет. С этой мыслью я обратился к инженерам МикроАРТ, когда забирал стабилизатор и мне порекомендовали «Устройство защиты от молний и наводок» - УЗИП .

Это своеобразный разрядник, который при появлении критического напряжения между фазой и землей пропускает через себя импульс, отправляя его на заземление. То есть во время грозы, когда молния ударит рядом и напряжение в домашней сети поднимется до нескольких киловольт по фазному проводу относительно земли и превысит определенное значение, этот УЗИП просто пустит весь заряд в землю. Поэтому он ставится перед инвертором, одним концом подключаясь к фазе, а другим к заземлению. Стоит учесть, что разряд может быть существенным, поэтому на сечении заземляющего провода экономить не стоит, иначе сопротивление провода может оказаться критичным и не успеть передать импульс в землю.

Так выполнено подключение к внешней сети и генератору:

Я уже упоминал, что у меня есть автономная система на солнечных батареях. По проводам, идущим от солнечных батарей, также может прийти серьезный импульс, выводя из строя солнечный контроллер, а за ним и инвертор. Поэтому на каждый из проводов от солнечных батарей я также повесил УЗИП.

Защита от генератора

На самый аварийный случай, когда внешней сети нет, солнца не видно, а аккумуляторы уже сели, у всех автономщиков есть резервный вариант - бензо\дизель генератор. Он позволит домашней сети функционировать, самому поработать мощным инструментом, да еще и аккумуляторы подзарядить. Подобную топологию резервирования я описывал в своем материале . Проблема такого подключения заключается в том, что большинство генераторов выдают крайне нестабильное и «шумное» питание. Иной раз инверторы или зарядники просто не могут работать с таким питанием. Для подавления помех есть специальный сетевой фильтр. Можно обойтись стандартным «пилотом», но он рассчитан, как правило, на мощность до 2-3 кВт, а от генератора зачастую потребляется больше. Итак, я нашел еще и ЭМИ (электромагнитный импульс) фильтр: Сетевой фильтр подавления ЭМП .

Он выдерживает потребляемую мощность до 11 кВт, чего вполне достаточно для питания целого дома, если имеется мощный генератор. Он имеет сквозное подключение и отдельный контакт для заземления.

Итоги проведенных работ

Результатом одной грозы и малых потерь явилось переосмысление способов защиты, как от внешних энергетических коллизий, так и от внутренних. Кроме того, увеличилась защищенность всех электроприборов в доме, как от перепадов напряжения, так и от резких скачков и импульсов. Дополнительно повысилась автономность за счет подключения генератора через фильтр, что гарантирует стабильный заряд батарей и нормальную работу инвертора.
В итоге, электросистема поменялась. До:

Так стало ПОСЛЕ установки защиты:

Схема подключения генератора довольно проста. Любой из проводов объединяется с имеющейся землей и нулем, заведенным в дом. Второй провод после этого становится фазой. Важно выбрать такой переключатель, который будет исключать одновременное замыкание фазы генератора и фазы с подстанции.

Первый запуск всей системы выглядел так:

Молния является красивым и вдохновляющим явлением природы, однако также она может быть смертельно опасной. Статистика последних 30 лет говорит о том что, в результате удара молнии погибает 67 человек ежегодно, в одних только Соединенных Штатах. Однако большинство этих смертей можно было бы предотвратить. В следующий раз, когда вы увидите молнию, последуйте нижеизложенным советам.

Шаги

Найти укрытие и оставаться в безопасности

Быстро найти укрытие. Если вас застигла гроза, вы можете обезопасить себя, укрывшись в защитном сооружении. Хотя большинство людей пытаются укрыться, когда молния совсем близко, некоторые люди не спешат искать укрытие. Если вы видите молнию, то значит она достаточно близко, чтобы поразить вас. Не ждите, пока она ударит в землю в метре от вас (или в вас самих), чтобы бежать в укрытие. Никогда не становитесь под дерево (высокое или низкое), или вблизи опор линий электропередач, так как и то и другое, хорошо проводит ток, и крайне опасно для жизни и здоровья. Ищите каменное укрытие, например пещеру.

• Наилучшим вариантом будут жилые дома (с водопроводом, электричеством и, по возможности, с громоотводом).
• Если поблизости нет жилых домов, спрячьтесь в машине с железным кузовом. Если молния ударит в машину, металлический корпус отведет ток. Проверьте, чтобы все окна и двери в машине были закрыты. Не прислоняйтесь к металлическим частям машины, иначе, ток, проходящий по ним при ударе молнии, перейдет на вас. Не включайте радио.
• Не прячьтесь в маленьких строениях, таких как обособленно стоящие общественные туалеты. Открытые укрытия тоже не вариант. Они только притягивают молнии и не дают никакой защиты.
• Ни в коем случае не становитесь под дерево. Молния поражает высокие объекты, и если она ударит в дерево, под которым вы стоите, ток может распространиться и на вас, или же вас может травмировать падающее дерево или ветка.
• Обезопасьте своих домашних животных. Собачьи будки и другие виды укрытий для домашних животных не защищают от ударов молнии. Животное, привязанное поводком к забору, имеет гораздо более высокий риск получения удара молнией.

1. Не стойте у окон. Закройте все окна, и старайтесь находиться во внутренних частях комнат. Окна обеспечивают прямой путь для прохождения молнии.

   Не прикасайтесь к металлическим предметам и электрическим приборам. Использование стационарных телефонов во время грозы является главной причиной несчастных случаев в США. Молния может попасть в дом через любой материал, проводящий электричество, в том числе, через стационарные телефоны, электропроводку, и элементы сантехники.

   • Не прикасайтесь к розеткам во время грозы. Не отключайте устройства от сети во время грозы, так как электрический ток может перейти на вас.
   • Не лежите на бетонном полу и не прислоняйтесь к бетонным стенам. В бетоне есть металлическая арматура, которая может проводить электричество.
   • Держитесь подальше от ванной и душа, а также избегайте крытых бассейнов.
   • Находясь в автомобиле, старайтесь не прикасаться к его металлическим или стеклянным частям.

2. Оставайтесь в укрытии. Не покидайте укрытия в течение 30 минут после последнего удара молнии. Не выходите, если дождь начинает утихать. Все еще есть риск удара молнии от удаляющейся грозы.

   Примите соответствующую позу. Наиболее безопасной позой считается следующая: присесть, ступни поставить вместе, опустить голову и грудь на колени и предплечья, руками обхватить колени. Не ложитесь плашмя на землю - так вы увеличите площадь попадания молнии.

   • Это неудобное положение, но оно обеспечит вам безопасность. В таком положении молния не заденет жизненно важные органы, а пройдет сквозь тело, причинив вам меньше вреда.
   • Закройте уши и глаза, чтобы защитить слух и зрение от грома и молнии.

3. Обращайте внимание на предвестники молнии. Непосредственно перед ударом молнии ваши волосы могут встать дыбом, или вы можете почувствовать легкое покалывание в коже. Легкие металлические предметы могут вибрировать, и может раздаться треск. При обнаружении любого из этих признаков, немедленно примите описанную выше позу.

   Носите резиновые сапоги. Они хорошо изолируют ток.

Меры предосторожности

Планируйте заранее. Лучший способ избежать травмы от молнии - это избежать саму молнию. Планируйте дела с учетом возможности грозы. Слушайте местный прогноз погоды, чтобы не пропустить штормовое предупреждение.

Наблюдайте за небом. Когда вы на улице, наблюдайте за изменениями в небе, которые говорят о приближении грозы: дождь, потемнение или образование кучево-дождевых облаков. Предвидев молнию до ее первого удара, вы можете избежать опасной ситуации.

• Однако помните, что молния может ударить и без всех этих признаков.

1. Рассчитайте расстояние до молнии. Если нельзя различить молнию визуально, воспользуйтесь правилом 30 секунд: если время между вспышкой молнии и звуком грома составляет 30 секунд или менее (10 км или меньше), немедленно спрячьтесь в укрытие.

   Составьте план действий. Если вы находитесь в местности, где велика вероятность появления грозы, узнайте, где можно укрыться. Обсудите план действий с группой, чтобы все знали, как вести себя в чрезвычайной ситуации.

   Приготовьте аварийный комплект. У вас под рукой должны быть средства для оказания первой помощи и прочие вещи на случай бедствия. Во время грозы вы можете остаться без электричества, поэтому имейте альтернативные источники света.

   Установите молниеотвод. Если вы живете в зоне, привлекающей молнии, установите у себя молниеотвод, чтобы защитить свою семью и имущество.

   • Установите молниеотвод правильно. Неправильно установленный молниеотвод только увеличит вероятность попадания молнии.

Помощь пострадавшим от удара молнии

1. Звоните в службу спасения. Так как удар молнии может вызвать остановку сердца, человеку может потребоваться реанимация. Если вы не можете набрать 9-1-1, попросите это сделать кого-то другого.

   Помогите пострадавшему, у которого шок. Уложите пострадавшего на спину так, чтобы его голова находилась немного ниже туловища. Поднимите его ноги и удерживайте их.

• При приближении грозы обезопасьте электроприборы, заранее отключив их от сети. Не пользуйтесь стационарными телефонами, так как молния может пройти через провод. Не отключайте приборы от сети во время грозы, а делайте это только заблаговременно.
• Не находитесь во время грозы в маленьких лодках. Однако если нет другого варианта добраться до берега, не стоит прыгать в воду - оставайтесь в лодке, даже если это парусное судно с мачтой. Есть ошибочное мнение, что находиться во время грозы в воде безопасно. На самом же деле, молния легко может ударить в воду (или она может провести электрический разряд), а находясь на плаву не желательно терять сознание.
• Заняв описанную в этой статье позу, защитите свой слух. Звук грома опасен для барабанных перепонок.
• Молния распространяется по земле в радиусе нескольких метров от места удара, поэтому держитесь подальше от высоких, изолированных объектов. По этой же причине помните, что человек может пострадать от удара молнии, даже если вы не видели, как она в него ударила.
• Устройства для обнаружения молнии и службы предупреждения грозы доступны на полях для гольфа, парках и т.д.
• Молнии - типичное явление летом на большей части территории США. Флорида является рекордсменом по количеству молний на квадратный километр в год.
• Молния случается не только во время грозы, но может произойти и во время извержения вулкана. Поэтому убедитесь, что вулкан спящий. Чем больше вы видите пепла, тем больше вероятность молнии.
• Ношение электронных устройств с наушниками во время грозы увеличивает вероятность получения тяжелой травмы при ударе - причем, пострадают не только уши, но и другие части тела, над которыми проходит провод наушников.
• Носите как можно больше резинового. Резина - хороший изолятор, и при ударе молнии, она отразит ее, или поглотит. Также, не прикасайтесь к металлу, так как молния проходит по всей его площади, и при прикосновении, перейдет на вас.
• Держитесь подальше от окон.

Предупреждения

• При поиске низинного укрытия удостоверьтесь, что это место не затопится водой.
• Не наблюдайте за молниями через открытое окно, дверь, или с крыльца. Открытые места небезопасны, даже если они находятся в удобном укрытии.
• Сильные грозы могут вызвать (и иногда вызывают) смерчи без всякого предупреждения. Будьте настороже при изменении погоды, если в вашей местности случаются сильные грозы. Будьте бдительны, даже если не передавалось штормовое предупреждение.

Молния — это гигантский электрический разряд в атмосфере со средней скоростью распространения 150 км/с и силой тока доходящей до 200000 Ампер, а температура плазмы в молнии достигает 10000 градусов.

Разряд чаще всего происходит между облаками, но иногда молния поражает строения, высокие деревья и очень редко- людей.

Молния всегда попадает в самые высокую точку- дом, дерево и т. п. При попадании молнии в здание происходят возгорания, разрушения и замыкания в электропроводке. Что бы избежать всего этого используется . Она обязательна должна быть сделана на самых высоких строениях или всех домах, стоящих отдельно на открытой местности или возвышенностях.

Молниезащита состоит :

• из внешней , отводящей прямой удар в землю;
• и внутренней , защищающей электропроводку и бытовую технику от перенапряжений возникающих при ударах молнии не только в дом, но и рядом. Например, в воздушные линии (ВЛ) электропередач.

Защита от перенапряжений в доме.

Для защиты от перенапряжений на подстанциях и ВЛ применяются разрядники и ограничители перенапряжений, а в частных домах в электрощит устанавливаются УЗИП — устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Они бывают однофазные однополюсные для вводов на 220 Вольт- на верхний контакт подключается фаза, а на нижний- заземляющий проводник. Либо двухполюсные, у которых на дополнительный верхний контакт подключается еще и нулевой проводник.
Для щитов на 380 вольт понадобится 3 фазный УЗИП, у которого на три верхних контакта подключается 3 фазы.

Принцип работы УЗИП прост. При возникновении в фазе перенапряжений- их сопротивление падает и энергия импульсов отводится в землю. При нормальном напряжении их сопротивление достаточно велико.

Подключается УЗИП в электрощите первым на вводе в дом, а после него уже подключается электросчетчик и автоматы.

Принцип подключения очень прост — на контакт с эмблемой заземления садится заземляющий проводник, а на фазный контакт- фаза (или три для 380 Вольт). С этого же контакта они уходят на счетчик или вводной автомат. Желательно провод оставить цельным- согните его пополам, зачистите изоляцию на глубину контакта и, не раскусывая, закручивайте. Только следите, что бы не зажалась изоляция.

Существуют и отдельные специальные устройства для защиты телевизионных, телефонных и компьютерных сетей.

Монтаж и устройство молниезащиты.

Для защиты дома от прямого поражения молнией служит внешняя молниезащита, состоящая из:

1. Молниеприемника , который принимает на себя прямой удар. Изготавливается из металлического прута или стержня.
2. Токоотвода , отводящего ток молнии в землю. Делается из медного проводника или стальной проволоки в диаметре не менее 6 миллиметров.
3. Заземлителя , находящегося в земле. Изготавливается из арматуры диаметром от 16 миллиметров, которая забивается в землю, по возможности как можно глубже. В идеале забить несколько глубиной не менее 3 метров. Учитывайте, что бы достичь максимальной эффективности, расстояние между заземлителями должно быть не менее их длины. Помните , что они должны находится от входа в дом не ближе 5, а лучше 7 метров и не менее 1.5 метра от стен дома. При грозе не подходите ближе 10 метров к местам, в которых забиты заземлители.

Молниезащита кровли.

Если в вашем доме металлическая крыша, тогда ее необходимо обязательно соединить при помощи сварки, болтов с заземлителями. При этом отдельными молниеприемниками оборудуются любые выступающие не металлические элементы на крыше, например труба.

При монтаже молниезащиты крыш необходимо придерживаться следующих обязательных правил :

• Подложка под крышей должна быть из несгораемого материала, потому что при ударе молнии металл раскаляется до высоких температур с оплавлением, что может вызвать возгорание кровли.
• Все металлические элементы должны иметь между собой надежную электрическую замкнутую связь. При удалении их друг от друга используйте медные перемычки.
• Во многих случаях для металлической кровли более безопасным, быстрым и не дорогим будет установка стержневых или тросовых молниеприемников.

Монтаж молниезащиты на частном доме.

Наружную молниезащиту дома легко сделать своими руками. Вам понадобится металлический штырь для молниеприемника, медный провод или стальная проволока для токоотвода, арматура для заземлителя, а так же сварочный аппарат, болты, хомуты или скобы для соединений и крепления. В земле все соединения делайте только сваркой с нанесением на них защиты от коррозии.

Для предотвращения таких последствий в ходе строительных работ выполняется молниезащитный контур . Частные дома классифицируются СНиПом как здания третьего класса пожарной безопасности и подлежат молниезащите в обязательном порядке. Молниеотвод планируется не тогда, когда дом сияет новенькой черепицей, а еще на стадии разработки проекта. Тогда он составляет с ним единое архитектурное решение.

Выбор типа

Тип планируемой молниезащиты зависит от исходного состояния дома и условий, в которых он находится. Молния, как правило, бьет в самую высокую точку дома или соседнее дерево. Деревья, антенны, столбы при ударе молнии создают эффект экрана и соседние здания, автомобили могут попасть в зону поражения.

Вторым условием при устройстве защиты является тип грунта , разные виды которого имеют неодинаковою токопроводимость и сопротивление, которое учитывается при выборе сечения металлической полосы и величины заглубления контура.

Если ваш дом рядом с водоемом или ключами, то риск поражения разрядом максимален, особенно если по климатическим условиям число грозовых периодов превышает 40 часов в год.

Устройство молниезащиты частного (загородного) дома

Принцип громоотвода простой — защита дома от разрушений путем отведения электрического разряда в землю. Эффективна молниезащита только в случае комплексного решения. Полноценная система включает в себя внутреннюю защиту и внешнюю.

Первая защищает оборудование от скачков напряжения при грозе. Даже если разряд молнии ударил в нескольких километрах, требуется ограничитель перенапряжения.

Установить готовый разрядник не сложно, но если у вас нет такой защиты, воспользуйтесь самым надежным способом — отключите электроприборы, если грозовой фронт в пределах 3 км . Разница во времени между громом и молнией должна составлять меньше 10 секунд.

Наружная защита от молнии обеспечивает безопасность дома и находящихся в нем людей во время грозы. Устройство простейшего молниеотвода: опора, молниеприемник, токоотвод и контур заземления.

Молниеприемник — металлический проводник длиной до 1,5 м, принимающий разряд молнии. Устанавливается на крыше, дымовой трубе, телевизионной антенне — любом самом высоком месте дома. Такой способ подходит для металлической кровли.

Если крыша из шифера, натягивают металлический трос на деревянных опорах длиной 1-2 м и защищают его изоляторами.

Для черепичных крыш по коньку натягивают молниезащитную сетку с отходящими от нее токоотводами. Токоотвод соединяет молниеприемник с заземлительным контуром. Эта стальная проволока прокладывается по стене дома и приваривается к молниеприемнику и контуру заземления.

Заземление молниезащиты — 2 связанных и забитых в землю электрода. Если контур есть, уже хорошо, но по правилам заземление бытовых приборов и молниезащиты дома должны быть общими. Радиус защитного действия молниеотвода определяется формулой R=1, 732 h, где h — высота молниеотвода.

Как это устройство работает? Электрический ток всегда уходит по цепи наименьшего сопротивления, а грозовая молния — колоссальный разряд электроэнергии с силой тока 100 000 А.

И правильно сделанный молниепровод будет представлять собой это наименьшее сопротивление, по которому разряд молнии уйдёт в землю, защитив ваше жилище.

На этом рисунке один из вариантов устройства молниезащиты вашего дома.

А в этом видеоролике рассказано про природу молний и о защите от них.

Молниезащита деревянного дома своими руками

Разобравшись с устройством молниеотвода, не так сложно самому защитить свой дом или дачу. С типом крыши определились, поговорим о каждом способе защиты детально.

Молниезащитная сетка — сетка из металлической проволоки диаметром 6 мм, изготовленная путем сварки в местах пересечения. Укладывается на крышу и соединяется несколькими тоководами с контуром заземления.

Подходит для неметаллических крыш, когда нужно защитить одно здание, потому что соседние постройки по уровню ниже. Иногда эту сетку укладывают на кровлю еще при строительстве дома.

Молниезащитная проволока — трос натягивается на изоляторах между двумя металлическими или деревянными опорами. Устанавливают их на коньке, на высоте 0,25 м. Диаметр проволоки не менее 6 мм.

Вокруг трубы из этой проволоки делается петля и присоединяется к молниеприемнику. Соединение лучше делать при помощи сварки или пайки. Из этой же проволоки и токоотвод изготавливается. Получается защитная зона в виде шалаша и подходит для всех неметаллических крыш.

Штыревой молниеприемник представляет собой металлический штырь круглой, квадратной или прямоугольной формы сечения и длиной не менее 0,25 м и площадью сечения 100 кв. мм. Он принимает на себя основной удар и должен выдерживать разные тепловые и динамические нагрузки.

Изготавливается из материала, не поддающегося окислению (медь, оцинкованная сталь), так как красить его нельзя. Минимальный диаметр сечения прута или газовой трубы — 12 мм. Если труба полая, конец нужно заварить. Устанавливается на конек крыши на мачте нужной длины.

Токоотвод служит для направления принятого разряда в землю. Присоединяем его сваркой, пайкой или крепим болтами. Площадь контакта в этом случае должна быть не меньше двукратной площади сечения соединяемых деталей.

Такой вид защиты подойдет для металлических крыш, причем саму крышу тоже нужно заземлить. Он создает своеобразный защитный зонт. Прикрепить его можно гвоздями, скобами, хомутами.

И, наконец, защитное заземление . Заземлитель отводит ток молнии в землю и имеет малую долю электрического сопротивления. Укладывается в отдаленности от крыльца и дорожек на 5 м. Если грунт влажный и глубина залегания грунтовых вод меньше 1,5 м, используются горизонтальные заземлители. Его можно сделать так :

1. Выкопать вдоль дома канаву на ширину лопаты длиной 6 м и глубиной до 1 м.
2. Забить три оцинкованные водопроводные трубы диаметром 20 мм и длиной 2 м на дно канавы через каждые три метра. На поверхности оставляем 5 см.
3. Проволоку диаметром не менее 8 мм проложить и приварить к трубам. К средней трубе нужно еще приварить токоотвод. Можно приварить к трубам болты и соединить трубы медным кабелем.
4. Смазать болты солидолом и закопать трубы.

Если грунт сухой и подземные воды находятся глубоко, можно соорудить вертикальный заземлитель из двух стержней длиной 2-3 м, которые вбиваются в землю на глубину 0,5м и расстоянием друг от друга 3 м. соединяются перемычкой с сечением 100 кв. м

Это заземление можно использовать и для защиты электроприборов, электрощитов в доме. Во время грозы опасно находиться рядом с заземлением в радиусе 4 м (можно попасть под шаговое напряжение). Молниезащиту можно устроить и на деревьях. Это возможно, если дерево выше дома вместе с антенной в 2-2,5 раза и удалено от дома на 3-10 м. Изготавливается она из куска проволоки, диаметром 5-8 мм, имеет односторонний спуск и одно заземление в виде петли.

Молниеотводы, применяемые для защиты от линейной молнии, неэффективны при шаровой. Для предотвращения попадания в дом такой молнии при грозе нужно плотно закрывать окна, двери, дымоходы, а вентиляционные блоки должны иметь сетку из медной или стальной проволоки с ячейками 3-4 см и надежным заземлением.

И, наконец, несколько советов . Для заземления металлической крыши в качестве токоотводов можно использовать ливнестоки. Для удобства забивания трубы вначале можно соорудить подмостки. Если размеры неизвестны, то защитную зону можно определить с помощью обычного прямоугольного равнобедренного треугольника. Прицельтесь по длинной стороне (гипотенузе) в молниеприемник. Короткая сторона (катет) при этом параллельна земле.

Если точка прицела ниже верхушки молниеприемника, значит вы в зоне защиты. Не располагайте рядом с дверями спуски токоотводов. Все металлические конструкции на крыше тоже заземляются. Состояние молниезащиты требует ухода и систематической проверки соединений. Лучше всего, если они будут сварочными.

Можно соорудить два токоотвода для надежности. Нельзя допускать коррозию, регулярно очищайте его от окалины. Каждые пять лет вскрывайте заземляющие электроды, проверяйте и при необходимости меняйте. И ваш молниеотвод на долгие годы обеспечит вам безопасное проживание.

в этом видеоролике вы можете посмотреть на примерный монтаж молниезащиты.