Молниеотводы. Виды и устройство. Работа и особенности

Если рассматривать статистику погибших людей от ударов молнии, то это количество больше, чем жертв в авиационных катастрофах. Молния каждый год уносит несколько тысяч жизней, а также наносит многомиллионный материальный ущерб. Каждый владелец дачи или собственного дома знает, что защитить свое имущество и родственников можно только самому. Поэтому молниеотводы лучше изготавливать самостоятельно.

Самодельные молниеотводы нормально работают, что подтверждается на практике. Такие устройства имеют и другое название – громоотводы. Гром никакого вреда не наносит, кроме громкого звука. А для защиты от молнии необходимо сооружать некоторую конструкцию.

В нынешнее время, когда города все больше покрываются небоскребами и так густо населены, не встает вопрос, зачем нужен молниеотвод. Ответ находится на поверхности: высокие здания и дома в первую очередь находятся в зоне опасности, когда идет гроза. Здесь более уместный вопрос «как действует это устройство» и «по какому принципу работает».

1. Молниеприемник представляет собой провод или металлический стержень, функция которого принять на себя удар молнии.

2. Токоотвод играет главную роль проводника молнии от приемника до заземлителя.

3. Заземлитель может быть в виде арматуры, сваи, ленты, проволоки и других предметов. Они принимают на себя весь удар и распределяют полученное электричество в землю

По сути, все современные системы молниезащиты выполнены по одной схеме. Их главными элементами являются:

  • молниеприемник. Именно он принимает на себя стихийный электроразряд.
  • токоотводы. Они необходимы для отвода тока молнии от приемника к заземляющему контуру.
  • заземляющий контур. Представляет собой заглубленную в землю конструкцию, через которую разряд, не причинив вреда, уходит в грунт.

Все эти части молниезащиты дома выполняются из металла и соединяются в единое целое при помощи сварки. Для молниеприемников чаще всего используют стержни, токоотводы делают из проволоки, а контур заземления, как правило, изготавливают из штырей и полос.

Принцип действия молниезащитных систем очень прост. Во время грозы над поверхностью Земли возникают сильные электрические поля. А поскольку напряженность таких полей особенно велика вокруг острых проводников, то на острие молниеприемника возникает так называемый «коронный разряд». Это приводит к тому, что на защищаемом здании не накапливаются индуцированные электрозаряды и удара молнии не происходит.

Причем радиус этой зоны напрямую зависит от высоты молниеприемника. Вот почему его стараются расположить как можно выше, и желательно именно на охраняемом сооружении. Кстати, вероятность поражения объекта грозовым разрядом прямо пропорциональна его высоте. Поэтому ставить молниеуловители лучше все-таки именно на крыше дома, это позволит надежно защитить и саму постройку, и ближайшую территорию вокруг нее.

Что такое громоотвод и как он функционирует

Итак, молниеотвод – это устройство, предназначенное для защиты зданий и сооружений от удара молний. Представляет собой заостренный металлический штырь, который устанавливается в вертикальном положении на крыше зданий или на отдельно стоящей высокой мачте. От нижнего конца штыря идет проводник, который уходит в землю – заземление.

Принцип действия молниеотвода

Принцип действия молниеотвода

Большинство людей думают, что основная функция молниеотвода заключается в том, что при прямом попадании молнии во время грозы он отводит заряд по проводнику в землю, где тот рассеивается, не повреждая здание. Да, это утверждение верное, и при попадании молнии именно так и произойдет.

Молния крайне редко попадает в громоотвод

Молния крайне редко попадает в громоотвод

Молниезащита тросовая

Молниезащита тросовая

Немного физики

При образовании грозовых облаков происходит разделение зарядов. Мельчайшие капли воды приобретают отрицательные и положительные заряды, при этом отрицательные заряды скапливаются преимущественно в нижней части кучевого облака.

  1. На поверхности земли, а также на зданиях и сооружениях под заряженным облаком скапливаются индуцированные заряды противоположного знака, то есть положительные.
    Нюансы разделения зарядов

    Нюансы разделения зарядов

  2. Между землей и облаками увеличивается напряженность электрического поля. Появляется разность потенциалов, достигающая миллионов вольт. Данной разницы достаточно для образования разряда, коим и является молния.
  3. Разряд молнии начинается со ступенчатого лидера. Под этим понимается слабосветящийся разряд, который движется по направлению от облака к земле со скоростью 50 000 км/сек. Путь молнии прокладывается по воздуху — он неоднороден, а значит, есть места с более высокой электропроводностью (больше количество заряженных частиц). По ним-то молния и проходит. По-другому можно сказать, что молния выбирает наименьший путь сопротивления.
    Разряд молнии

    Разряд молнии

  4. Приближаясь к земле, лидер направляется в те участки, где в данный момент имеется наибольшее количество индуцированных зарядов противоположного знака. Когда лидер достигает земли, все отрицательные заряды, находящиеся в ионизированном канале, устремляются в землю – сначала заряды из нижней части канала, а затем и из облака. Таким образом, основной разряд идет снизу-вверх.
    Молния выбирает наименьший путь сопротивления

    Молния выбирает наименьший путь сопротивления

Наверное, всем известно, что молния поражает высокие объекты: деревья, вышки, мачты, дома. Но происходит так не всегда, так как многое зависит от электропроводности этих объектов. Например, ствол дерева содержит влагу, что позволяет образующимся в земле индуцированным зарядам перетекать на верхушку дерева, а значит, расстояние до нисходящего ступенчатого лидера сокращается.

Большинство специалистов рекомендует поднимать молниеотвод на высоту до 18-20 м, особенно если здание находится в плотной застройке частного сектора

Большинство специалистов рекомендует поднимать молниеотвод на высоту до 18-20 м, особенно если здание находится в плотной застройке частного сектора

Справедливо перетекание зарядов также для высоких сооружений и зданий, однако если поблизости находится объект с более высокой электропроводностью, он накопит в себе больше индуцированных зарядов, и молния поразит именно его — несмотря на то, что оно может быть намного ниже.

Единственным проверенным средством, помогающим уберечься от удара атмосферного разряда, является молниеотвод

Единственным проверенным средством, помогающим уберечься от удара атмосферного разряда, является молниеотвод

Данный эффект полностью объясняет поведение молнии. Иногда люди недоумевают, почему заряд поражает не высокое строение, а какой-нибудь маленький сарай, находящийся поблизости. Причиной может быть то, что он стоял на водоносном слое почвы, а вода, как мы знаем, является прекрасным проводником и однозначно будет содержать большее количество индуцированных зарядов.

Молниезащита загородного дома

Молниезащита загородного дома

Можно часто наблюдать деревья, пораженные молнией, около рек. Как известно, в силу гравитации реки протекают в самых низких участках рельефа, но так как вода в реке – это хороший проводник, содержащий много зарядов, в этой области создаются самые оптимальные условия для попадания молнии.

История молниеотвода

История молниеотвода

Молниезащита и заземление

Предлагаем ознакомиться  Победить климакс

Молниеотводы. Виды и устройство. Работа и особенности

Итак, мы разобрались с поведением молнии, но до сих пор непонятно, как функционирует громоотвод. Сейчас мы объясним и этот вопрос.

  1. Как уже было сказано, на земле появляется большое количество индуцированных зарядов, возникает сильное электрическое поле, которое будет усиленно у заостренных предметов, коим и является молниеотвод.
    Принцип работы молниеотвода сводится к тому, чтобы переключить электрический удар на специальную проводную шину, отправляющую заряд молнии глубоко в землю

    Принцип работы молниеотвода сводится к тому, чтобы переключить электрический удар на специальную проводную шину, отправляющую заряд молнии глубоко в землю

  2. В результате этого на верхушке устройства возникает коронный разряд, через который разряды из земли стекают вверх по воздуху в направлении грозового облака. Это означает только одно – индуцированные заряды не могут накапливаться на здании, а значит, молния в него бить не будет, так как наверняка поблизости найдутся более заряженные объекты.
  3. Вероятность того, что молния попадет в здание с громоотводом, падает практически до нуля. Именно поэтому случаи ударов в громоотводы такие редкие.
    Принцип действия активного громоотвода

    Принцип действия активного громоотвода

История изобретения громоотвода

В далеком 18 веке человечество проявило интерес к изучению магнетизма и электричества. Бенджамин Франклин основоположник американской конституции, выдающийся политик и ученый, начал изучение заряженных частиц и обратил внимание на то, что они довольно схожи: электричество из атмосферы, и то, что добывается трением.

Молниеотвод в схеме комплексной молниезащиты

Последующее открытие, к которому пришел ученый, это теория о природе возникновения молний. В ходе исследований и неоднократных экспериментов, Франклин изучил влияние остроконечной формы на электрические свойства проводников. Данные свойства были предложены в использовании предотвращения прямых попаданий молний в высотные постройки и полного исчерпания заряда электричества в грозовых облаках.

В 1752 году Франклин спешил поделиться своим успехом и рассказать своему близкому товарищу Джону Коллинсону о своих достижениях в области изобретения громоотвода. Но его письма с идеями выразили только недоверие и усмешки среди близких и друзей. Первую весомую поддержку он получил от французских исследователей в том же году. Томас-Франсуа Далибар стал переводчиком его трудов и воодушевленный, сконструировал изобретение по описаниям трудов Бенджамина.

Предлагаем ознакомиться  Посадка помидоров и перца рядом в теплице можно или нет соседство и совместимость

Устройство, которое смонтировал Далибар, являлось остроконечным штырем из железа, установленным на деревянной платформе. Высотой в 40 футов и не проводящий электричества. Затем 10 марта 1752 года, когда началась сильная гроза, на изобретении отчетливо виднелись искры около 4-5 сантиметров. Конечно, изобретение не было схоже с современными молниеотводами, но уже тогда было доказано, что атмосферное электричество возможно свести на землю. Когда Далибар продемонстрировал свое чудо-изобретение перед королем Людвигом XV, то был награжден пожизненной денежной компенсацией.

В том же году летом, Франклин проводит свой знаменитейший эксперимент по запуску змея в облака. С помощью воздушного змея он собрал электрический заряд и перевел атмосферное электричество по металлическому шнуру к земле. Этот опыт окончательно закрепил его догадки по поводу схожести свойств атмосферного электричества и земного.

Осенью 1752 года, Бенджамин мастерит на крыше собственного дома в Филадельфии, конструкции типа металлического стержня, высотой 9 футов и соединяет его проволокой с колодцем. Проволоку ученный провел через дом и подсоединил электрический звонок. Молнии, которые попадали на стержень, должны были приводить в действие звонок.

Это изобретение и стало предшественником современных заземленных громоотводов. Удачное применение привело к широкому распространению по всей Филадельфии, и к 1783 году их было более четырехсот. Более того, дом изобретателя таки был подвержен удару молнии, но ни коем образом не пострадал, что дало убедиться в действии изобретении на практике.

Молниеотвод кто изобрел

Поначалу, Европа не выказала восхищения такому устройству. Много закоренелых ученых и религиозных фанатиков скептически отнеслась к установке громоотводов. Но практическое действие доказало полезность сей конструкции.

Заслуги Бенджамина Франклина трудно переоценить. Это и политическая деятельность, искусство, естествознание, проведение важных опытов и исследований и дипломатия. Все это высоко ценится последователями и современниками. Благодаря своим заслугам и отличительным качествам, он удостоился несменного изображения на 100$ купюре с 1914 года. До этого, такими почестями обладали только выдающиеся президенты Соединенных Штатов Америки.

Как правильно устроить молниеотвод на здании

Громоотвод (молниеотвод) конструктивно состоит из трех частей:

  • молниеприемник – высотная металлическая конструкция над домом (стержневой, тросовый или сетчатый вариант);
  • опора для молниеприемника, бывает необходима в случаях, если молниеприемник устанавливается не на крыше здания, а отдельно на участке;
  • токоотвод (занижение) – проводник от молниеприемника к заземлению;
  • заземление – устройство для стока грозового разряда в землю.

Понять, как работает громоотвод, способен любой: молниеприемник из металла, который установлен на участке выше остальных строений и элементов, во время непогоды «вызывает» на себя грозовые разряды электричества и, по токоотводу, посредством контура заземлителя перенаправляет их в толщу грунта. Действие любого громоотвода имеет, ограниченный площадью и высотой, конусообразный характер.

Известны и допускаются к установке три разновидности конструкций молниеприемников:

  • стержневая (штыревая);
  • линейная (тросовая);
  • сеточная.

Стержневая защита

Стержневая защита — это молниеприемник, выполненный из металлического стержня (трубки, уголка или прямоугольного профиля) и установленный на крыше жилья или на отдельно-стоящей мачте. Подходит для любой крыши с металлическим покрытием. Рис 3.

Предлагаем ознакомиться  Как посадить отростки орхидеи в домашних условиях

Для невысоких строений с крышей из шифера или дерева рекомендован линейный молниеотвод — натянутый вдоль конька крыши трос сечением не менее 0,5 см, соединенный с заземлением с каждого конца. Крепится он на деревянных опорах на высоте не менее 0,5 м над коньком крыши. Токоотводы проходят в этом случае вдоль стен дома, в защитных трубах. Если опорные мачты расположены верно, то грозовое электричество будет уходить в почву за границы защищаемого участка. Рис 1.

Молниеотвод кто изобрел

Такая защитная конструкция изготавливается в виде сетки из металлических прутьев и укладывается поверх кровли защищаемого дома. Ее узлы фиксируют с помощью сварки. Закрепляется она на специальных держателях либо укладывается непосредственно на кровлю, если повышение температуры не несет опасности материалу кровли.

Выполняя громоотвод из сетки, токоотводы делают по всему ее периметру. Заземлителем в этом случае является замкнутый горизонтальный контур с усилением в местах присоединения токоотводов. Рис 2.

Разобрав принцип работы громоотвода, будет неправильно оставить без внимания способ его устройства. Во второй части статьи мы расскажем, как своими руками смонтировать качественную защиту для вашего дома, чтобы уберечься от ударов молнии.

ГРОМООТВОДЫ. Фигура 1) Платиновый наконечник громоотводного стержня. 2) Проволочный кабель, зажатый наконечником. 3) Проволочный кабель с наконечником. 4) Соединение верхней части чтержня а, который для сбережения места укорочен и обломан на чертеже. 5, 6) Пучки из стержней. 7, 8, 9 и 10) Скрепления основания стержня с деревянными частями крыши. 11 и 12) Муфты для соединения проводников. 13) Скрепление основания стержня с проводником, загибающимся вниз. 14) Конец подземного проводника, опущенный в воду колодца. 15, 16, 17) Подземные части проводника. 18) Якорь и корзна с углем — подземная оконечность проводника. 19) Защита порохового погреба, система Мельсана. 20) То же — по французской системе. 21) Защита высокого здания

ГРОМООТВОДЫ. Фигура 1) Платиновый наконечник громоотводного стержня. 2) Проволочный кабель, зажатый наконечником. 3) Проволочный кабель с наконечником. 4) Соединение верхней части стержня а, который для сбережения места укорочен и обломан на чертеже. 5, 6) Пучки из стержней. 7, 8, 9 и 10) Скрепления основания стержня с деревянными частями крыши. 11 и 12) Муфты для соединения проводников. 13) Скрепление основания стержня с проводником, загибающимся вниз. 14) Конец подземного проводника, опущенный в воду колодца. 15, 16, 17) Подземные части проводника. 18) Якорь и корзина с углем — подземная оконечность проводника. 19) Защита порохового погреба, система Мельсана. 20) То же — по французской системе. 21) Защита высокого здания

Существует множество вариантов исполнения молниеотвода, начиная с самых простых самодельных вариантов и заканчивая профессиональными системами от именитых производителей. Мы настоятельно советуем использовать заводские решения, так как они гарантированно будут работать (при правильном монтаже) и, что немаловажно, выглядят намного привлекательнее с эстетической точки зрения.

В качестве примера мы разберем, как монтируется молниезащита от белорусского производителя «ТерраЦинк». Данная система включает в себя широкий ассортимент аксессуаров и комплектующих, позволяющих выполнять монтаж на строениях разной формы и сложности. Основу системы составляет молниеприемник, который в зависимости от габаритов может представлять собой молниеприемную мачту или молниеприемный стержень. Всего насчитывается более 20 видов элементов.

Молниезащита «Терра Цинк»

Молниезащита «ТерраЦинк»

В комплект будут входить основание, треноги и держатели токоотвода. Токоотводов компанией представлено 30 видов, что позволяет подобрать оптимальный вариант под любой фасад здания. Также система включает в себя 15 видов соединителей и зажимов токоотвода.

Держатель треугольной формы

Система «ТерраЦинк» хороша еще и тем, что для установки вам не потребуется специальных инструментов. Монтаж выполняется за очень короткое время при том, что его можно осуществлять на эксплуатируемые здания. Комплектующие имеют небольшие размеры, что делает их незаметными на фоне строения.

Расположение элементов молниезащиты

Расположение элементов молниезащиты

Таблица. Как происходит установка такой молниезащиты?

Современное устройство

Современная наука не стоит на месте и продолжает искать универсальное средство защиты от молний. Приоритетная задача стоит перед ними, потому что на кону человеческие жизни. Уже разработаны и функционируют молниеотводы на действии радиоактивных элементов, их именуют «активными молниеотводами», конструкции с лазерными лучами и даже такие, которые предотвращает удар молнии в объект. Вскоре возможно будет избежать возгораний, причиненных ударами молний.

Но каждая альтернативная разработка имеет ряд побочных эффектов. Например, громоотводы на действии радиоактивных элементов вредны для человеческого организма, так как во время функционирования выделяют радиацию. Лазерные молниеотводы находятся на стадии разработок и пока не выходят из стен научных лабораторий. Находки, которые якобы пресекают возникновения разряда молний, научно не подтверждены и не имеют обоснований.

Ситуация с одной стороны простая, с другой стороны неоднозначная. Ведь буйство научных открытий, современного прогресса создает все новые технологии и устройства. А по сути, принципы, заложенные в далеком 1752 году, до сих пор являются основополагающими и наиболее действенными. По своему принципу работы, трудозатратам и выделенным средствам, металлические штыри, расположенные на крышах, стенах лучше всего преобразовывают удары молнии и защищают жилье.

Молниеотвод кто изобрел

Наука и разработки в этой области постоянно корректируются и улучшаются. Но создать универсальное средство пока не удалось. И пока создаются громоотводы с действием, которое уничтожает и нивелирует удары молнии, человечество борется с последствиями этих ударов. Наиболее подвержены воздействию молний высотные здания, дорогостоящая аппаратура, выходящая из строя, электроприборы, склады с легковоспламеняющимися веществами и боеприпасами, производственное оборудование.

Сегодня практически не осталось зданий, которые были не готовы к удару погодных условий, в том числе молний. Находясь в общественном месте, можно не переживать за свою сохранность и безопасность, потому что везде установлены громоотводы.

Бенджамин Франклин создал действительно бесценное изобретение, которое стало основополагающим в борьбе со стихиями природы и вот уже несколько веков стоит на страже жизни и безопасности человечества.