Защита от молний это достаточно важный пункт в электрической цепи дома. Если в многоквартирном доме этим занимается организация, обслуживающая электрическую сеть, то в частном жилом фонде зачастую приходится все брать в свои руки. Но прежде чем начать наш рассказ, мы достаточно в очень краткой форме постараемся рассмотреть, что такое молния и какая она бывает. М олния - это природный разряд электричества .

1. Мощные вертикальные движения воздушных масс.

2. Достаточно влажный воздух.

3. Большой вертикальный градиент температуры.

Классификация молний.

По развивающему каналу.

По характеру заряда.

1. Отрицательные молнии (90%).

2. Положительные молнии (10%).

Молния состоит из одного или нескольких ударов.

1. Короткий удар молнии до 2мс.

2. Длинный удар молнии более 2мс.

Итак наше введение закончено, как вы уже успели заметить, что мы действительно в очень краткой форме постарались вам напомнить багаж школьных знаний. Ну, а теперь переходим непосредственно к нашему сегодняшнему рассказу.

Молниезащита.

Молниезащита бывает внутренней и внешней. Это если посмотреть в глубь вопроса, как бы два охранных контура, которые работая в паре друг с другом, могут почти на все 100% обезопасить ваше жилище.

Внешняя защита.

В первую очередь это молниеотвод, которой всегда устанавливается на самой высокой точке дома, соединенный проводником с вашей .

Задача внешней системы молниезащиты состоит в том, чтобы на долю секунды раньше непосредственного контакта уловить и отправить его по токоотводам на заземление.

Молниеприемник, который устанавливается на крыше, обычно бывает двух видов.

Есть еще один вариант и состоит он в том, что на крышу вашего жилья укладывается металлическая сетка, сваренная из арматур сечением 8 - 10 кв.мм, и с шагом ячеек обычно составляющих 2- 6м.

Но в принципе, между всеми этими способами молниезащиты особой разницы не существует. Задача у всех одна - уловить разряд молнии.

Сечение молниеприемника должно быть не меньше 12 кв.мм, но лучше конечно, чтобы ваш молниеприемник имел запас по сечению. При установке штыря всегда надо помнить, что он должен возвышаться над самой высокой точкой кровли не меньше чем на 30 см, то же самое относится и к тросовому приемнику.

Здесь так же следует помнить еще один момент. Зона, которую защищает громоотвод, примерно равна его высоте. То есть при высоте над землей к примеру 8м он защитит от попадания молнии территорию круга с радиусом равным 8 метрам. И ниже, мы постарались привести вам в пример ряд схематичных рисунков громоотводов и зон, которые они могут защитить.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Провод, по которому энергия молнии пойдет к заземлителю, лучше брать стальной сечением не меньше 10кв.мм или медный с сечением не меньше 6кв.мм. Здесь, это тот случай когда чем толще, тем лучше. Проводник соединяется с приемником сваркой или при помощи болтового соединения. Проводник не должен проходить мимо металлических элементов ближе чем на 30см.

Внутренняя защита.

Данный вид защиты обеспечивают спец устройства, которые обычно добавляются в схему домового щитка и ВУ (вводного устройства). Суть данных спец устройств в следующем - предположим, что молния и не попадает в дом, но во время грозы довольно часто происходят скачки напряжения. Это объясняется тем, что электромагнитное поле при ударе молнии может создавать импульсные токи в проводке и всевозможных устройствах.

Разряд необязательно должен ударить именно в дом - это может произойти и на расстоянии. Но если же все-таки молния попадает в дом, то в лучшем случае молниеотвод сбросит напряжение в заземлитель, но, а в худшем - разряд ударит по электрической сети вашего дома.

Даже когда энергия молнии стечет по молниеотводу, ток, возникающий в проводке, может привести к порче чувствительной аппаратуры. Ну, а при прямом воздействии, лучше и не представлять, что может произойти. И здесь нам бы хотелось представить вашему вниманию достаточно интересную таблицу - способов распространения высоковольтных атмосферных разрядов.

Таблица 1. Высоковольтный атмосферный разряд. Способы распространения.

Чтобы всего этого не произошло существуют специальные устройства - ограничители.

Рисунок 4.

А. Ограничитель категории В.

Б. Ограничитель категории В+С.

В. Ограничитель категории С.

Существует так же ограничитель категории D. Выглядит точно так же, как и представленные нами на данном изображении ограничители. Как вы можете видеть данные устройства по своему внешнему виду напоминают обычные автоматические выключатели, только без рычага отключения. Все, что вам надо знать про ограничители перенапрежения (ОПН) - это то, что они устанавливаются между фазой и заземлением или нулевым проводом и заземлением. Задача ограничителей заключается в нейтрализации импульса перенапряжения.

На практике в основном используются три вида ограничителей - В, С, D.

1. Класс В - данные ограничители устанавливаются на в ходе в щит. Они предназначены для защиты от сверхвысокого напряжения или иначе говоря прямого удара молнии.

2. Класс С - устройства устанавливаются по схеме после ОПН класса В и служат защитой от наведенных токов.

3. Класс D - устанавливается, когда в вашем жилище находятся особо чувствительные приборы.

Применять всегда следует все три вида, потому что у них разный порог чувствительности, и ставить по схеме один за другим. ОПН рассчитаны как для однофазных сетей, так и для трех фазных.

В течение жизни каждый человек неоднократно сталкивается с таким явлением как гроза. Правда многих больше пугают удары грома, а не сверкание молнии. На самом же деле именно молнии являются поражающим фактором, они могут стать причиной пожаров и гибели людей.

Поражение электротоком является опасной травмой, пережить которую благополучно удается далеко не каждому. И если к бытовому мы относимся серьезно, то удара молнии опасаются не все, считая, что это происходит редко. По статистике во всем мире за год вследствие удара молнии погибает около 3000 человек.

Большой урон может нанести удар молнии, попавший в жилое или хозяйственное помещение, особенно если оно построено их горючих . Большая часть пожаров возникает в сельской местности, где много деревянных домов, и других построек.

Поэтому необходимо позаботиться о том, чтобы ваш дом или не пострадали во время грозы. Для этого необходимо оборудовать молниезащиту здания.

Как устроена молниезащита дома

Молния представляет собой короткое замыкание, возникшее между землей и облаком, которые представляют собой разнополярные проводники.

Задачей молниеотвода является «поймать» молнию и отвести электрический разряд в землю, защитив дом или другой объект.

Чаще всего молнии поражают те объекты, которые возвышаются над поверхностью – высокие деревья, шпили зданий, одиночные столбы. Поэтому молниеотводы обычно располагают на высоте, превышающей высоту защищаемого здания.

Конструкция молниеотвода состоит из трех основных конструктивных частей:

• молниеприемника, который улавливает разряд;
• токоотвода – задачей которого является передача разряда к заземлению;
• заземлителя, располагающегося в почве.

Как известно, почва хорошо проводит ток. Разные породы обладают различной способностью проводить ток, но лучше всего он поглощается влажной почвой. Поэтому нередко заземлитель погружают в до достижения им грунтовых вод, залегающих на участке. Это гарантирует высокую эффективность работы молниеотвода.

Молниеприемник обычно устанавливают на самой высокой точке кровли. Если дом небольшой, то достаточно установки одного приемника. Если же дом большой, то их устанавливают несколько так, чтобы защитить всю поверхность крыши.

• Стержневой – металлический штырь длиной от 30 до 150 см, который монтируется вертикально. Местом установки может быть конек крыши, дымовая труба, телевизионная антенна. Желательно, чтобы штырь был изготовлен из материала, не склонного к окислению – меди или оцинкованной стали. Диаметр штыря составляет примерно 12 мм. Если используется металлическая трубка, то ее верхний конец должен быть заварен. Чаще всего такие устройства используют на металлических кровлях.
• Тросовый – металлический трос, протянутый по деревянным опорам на высоте 1 – 2 метра от конька крыши. Такие конструкции обычно монтируют на шиферных и деревянных кровлях.
• Сетчатый молниеприемник – сетка, состоящая из круглых прутьев оцинкованной стали. Она располагается вдоль конька кровли. Это хороший вариант для защиты черепичных кровель.

Токоотвод представляет собой стальную проволоку диаметром не менее 6 мм, соединенную посредством сварки с молниеприемником. Он должен быть способен выдержать силу тока в 200.000 ампер.

Очень важно, чтобы крепление молниеприемника и токоотвода было прочным, нельзя допускать его ослабления или разрыва.

Токоотвод опускается с кровли к заземлителю или контуру заземления так, чтобы длина его была минимально возможной. Токоотводы обязательно нужно крепить к стенам здания скобами. Прокладывать их нужно на максимально возможном удалении от оконных и дверных проемов. Если дом большой и токоотводов несколько, то расстояние между ними не должно быть менее 25 м.

Заземление молниеотвода представляет собой три вертикальных электрода, соединенных между собой полосой стали сечением 40*4 мм. Обычно этот же контур заземления используется для защиты электробытовых приборов и оборудования.

На рисунке показаны молниеприемник (1), токоотвод (2) и заземление (3).

На деле для защиты частных домов в качестве заземления используют различные металлические предметы: это может быть лист толстого металла, закопанного в землю на большую глубину, толстая труба, несколько уголков, соединенных параллельно.

Виды молниезащитных систем:

• активная;
• пассивная.

Активные системы появились не так давно – в 80-х годах прошлого века. Российские ученые скептически относятся к таким системам, поскольку стоят они на порядок дороже, а эффективность их не считается доказанной безусловно.

Конструктивные части активной и пассивной системы одинаковы, различие есть только в молниеприемнике. Конструкция активного приемника обеспечивает дополнительную ионизацию воздуха, что предположительно улучшает перехват электрического разряда. Считается, что зона защиты активной системы может составлять до 100 м, что позволяет защитить не только дом, но окружающие постройки.

Высокая стоимость ограничивает использование активной защиты. Специалисты считают, что и пассивная система, если она выполнена правильно и тщательно, обеспечивает зданию достаточную защиту.

Самостоятельное устройство молниезащиты

Главным в этом деле является качественное заземление.

Для этого нужно придерживаться следующих принципов:

• На кровле необходимо установить вертикальные металлические штыри. Обычно их крепят на заранее подготовленные брусья.
• Натянуть стальную проволоку диаметром не менее 6мм и прикрепить ее к штырям.
• Дымовую трубу нужно обмотать двумя-тремя витками проволоки и присоединить к натянутому между штырями горизонтальному элементу — молниеприемнику.
• Токопровод присоединить одним концом к проволоке – молниеприемнику, а другим – к заземлителю.

• На кровле нужно установить длинные стержни молниеприемников.
• Все элементы езащиты нужно осмотреть и соединить между собой, обращая внимание на места их соединения – они не должны быть чем-либо загрязнены.
• Если кровля дома горючая, то нужно отделить конструкцию молниеотвода от кровли с помощью специальных негорючих крепежей.
• После установки защиты необходимо замерить ее сопротивление. Его величина не должна превышать 10 Ом.

Безопасность дома не ограничивается только установкой молниезащиты.

Для того чтобы она работала так, как предусмотрено, нужно постоянно следить за ее исправностью:

• Металлический штырь молниеприемника необходимо чистить, удаляя слой окиси.
• Надежность всех соединений нужно постоянно держать на контроле.
• Если где-либо вы обнаружили ржавчину или разрушение металла, этот элемент необходимо немедленно заменить.

Во время грозы необходимо придерживаться некоторых правил:

• не стоит во это время приближаться к заземлению ближе, чем на 4 м;
• молниеотводы не защищают от шаровых молний, поэтому при грозе лучше закрыть все окна и двери, а также дымоходы;
• если гроза застала вас возле воды или в воде, срочно удалитесь от водоема как можно дальше;
• не прячьтесь от грозы под высокими деревьями – вероятность попадания в них молнии довольно высока, особенно если вы находитесь не в лесу, а на равнине.

Соблюдение элементарных правил безопасности может спасти вашу жизнь и жизни ваших близких. Чаще всего люди погибают именно потому, что не знают простых правил поведения и теряются в минуту опасности.

Грозы постоянно гремят над землей, летом чаще, зимой почти никогда. Хотя по статистике, гибель от удара молнии случается очень редко, никогда не следует недооценивать эту опасность. В горах грозы возникают чаще, чем на равнинах.
Наиболее часто молнии попадают в отдельно стоящие и выступающие предметы, поэтому нельзя укрываться в грозу возле одиноко стоящих деревьев, скальных отрогов и других высоких предметов на местности (геодезические знаки, вершина открытого холма). От них нужно отойти метров на 15-20.

В деревья разных пород молнии попадают с различной частотой:

Во время грозы опасно находиться в воде или поблизости от нее, ставить палатку у самой воды тоже нельзя, т.к. молнии часто бьют в речные берега. Наиболее безопасно использовать для убежища: сухие равнины, ложбины между холмами. Прямое поражение молнией приводит к смертельному исходу. Но, помимо этого, атмосферное электричество может принести немало других неприятностей.

Электромагнитная индукция — происходит в тех случаях, когда основной поток электричества проходит на удалении до 1 метра от человека, в его теле, как и любом проводнике, возникают индукционные токи Фуко — это также опасно, как и прямое попадание.

Электростатическая индукция — несильное покалывание на подошвах или ладонях, т.е. в точках соприкосновения тела со склоном – само по себе это неопасно, но может напугать неопытного путешественника.

Эффект короны (огонь святого Эльма) — потенциала грозы недостаточно для разряда, тогда может начаться медленное стекание заряда с выступающих предметов (острых форм поверхности). Возникает легкое потрескивание, в темноте видны голубые искорки (свечение), небольшое покалывание на кончике носа, ушах и пальцах рук. При отсутствии головного убора волосы электризуются, поднимаются и потрескивают, металлические детали ледоруба, поднятого вверх, также потрескивают и светятся. Такое явление не представляет опасности, но всё же является «последним» предупреждением о надвигающейся грозе и напоминанием о необходимости спуска вниз с выступающих форм рельефа.

Помните, что попытки определения степени электризации воздуха с помощью поднятого ледоруба или другого железного предмета, может окончиться летальным исходом.

Токи земли

Электрический заряд, попадая на землю, распространяется как по её поверхности, так и в ее толще по пути наименьшего сопротивления. При грозе необходимо спуститься с возвышенных форм рельефа на равнину. Нельзя прятаться в нишах скал, небольших ямках или впадинах на склоне. Не следует располагаться у входа в пещеру. Это все может привести к поражениям токами земли.

В условиях среднегорья или нахождения в зоне леса нельзя располагаться в непосредственной близости от костра. Проводимость сильно нагретого воздуха резко возрастает, потому что столб горячего воздуха (хорошего проводника тока) часто превышает высоту окружающих деревьев — способствует разряду молнии именно в костер, а не в дерево.

Одиночное дерево может служить защитой от молнии, но располагаться нужно не ближе 1,5 м от ствола.

Водоносные слои и глинистые почвы — опасны из-за поражения токами земли. Лучше найти песчаную почву, каменистую осыпь или морену.

• В грозу нужно сесть на корточки, согнуться, обхватить колени руками или сесть на поверхность склона, колени подтянуть к груди и обхватить их руками. Голова в обоих случаях касается колен, которые нужно обхватить руками.
• Ступни ног вместе. Положение при котором голова, грудь или спина служат точками контакта со склоном — является недопустимым.

Предсказание погоды

Чаще всего гроза случается во второй половине дня. Поэтому особо опасные горные хребты следует проходить рано утром.

Услышав вдали раскаты грома, периодически контролируйте расстояние до грозы. Для этого необходимо измерить, сколько секунд прошло от вспышки молнии до раската грома. Разделите полученное число на 3 и узнаете расстояние до грозы (в километрах).

Если гроза приближается, то не стоит дожидаться момента, когда молнии начнут бить в ста метрах от вас. Лучше заранее выполнить следующие рекомендации :

Меры предосторожности во время грозы

1. Уйти с открытого места. Если вы на вершине горы или на горном хребте, то нужно как можно скорее уйти с высоты вниз.
2. Полностью выключить мобильные телефоны, рации и прочие «активные» электроприборы. Для большей надежности рекомендуют извлечь из них аккумуляторы.
3. Выбрать место для укрытия. Гроза редко длится больше часа, но и за то время можно основательно промокнуть и замерзнуть. Поэтому желательно найти скальный навес, глубокую щель, пещеру или просто натянуть тент (поставить палатку) в сухой ложбине или карстовой воронке.
4. Пещера станет укрытием, а не могилой только в том случае, если в ней достаточно места, чтобы сидеть не ближе 1 метра к любой из стенок, и не ближе 3 метров к потолку. Нельзя стоять у входа — бегущий сверху разряд может использовать вас как перемычку.
5. Есть возможность использовать высокую (не менее 10 м) отдельно стоящую скалу, как громоотвод. Такая скала защитит от прямого удара, однако сохраняется возможность поражения через влажную почву. Поэтому нужно максимально изолироваться от земли. Опять же, сидеть нужно не ближе 1 метра от скалы (но и не дальше, чем на расстоянии равном высоте скалы).
6. Если гроза настигла вас в лесу, то нужно выбрать участок с более-менее одинаковыми по высоте деревьями и стать между деревьями (а не под ними). Стоит держаться подальше от дубов (их особенно часто поражает молния).
7. Выбирая место для убежища, крайне важно избежать соседства с любой влагой. Озеро, ручей, большая лужа на дне воронки могут «притянуть» молнию. А участки мха и лишайников, или трещины заполненные влажным грунтом могут «провести» электричество даже внутрь глубоких пещер. Устраиваясь в ложбине, избегайте мест стока ливневой воды. Сами старайтесь тоже лишний раз не намокать.
8. Отложите подальше все металлические предметы. Обычно все трекинговые палки, ледорубы, скальное железо и даже посуду складывают на кучу в 50-ти метрах от укрытия. Располагать это все следует выше по склону, в стороне от убежища (не прямо над ним).
9. Где бы вы ни были (на открытом месте или в убежище), для большей безопасности следует принять следующее положение: присесть на корточки, голову опустить, руками обхватить ноги. Во избежание шагового разряда, ступни надо держать плотно сомкнутыми. Под ноги подложите сложенный в несколько раз туристический коврик или сухую веревку.
10. Если есть риск сорваться (например, испугавшись молнии), зафиксируйте себя страховкой.
11. Потушите костер (если таковой имеется). Ведь столб дыма это ионизированный газ, который является проводником электричества.

Действия при поражении электрическим током

При легких поражениях возможны обморок, нервное потрясение, головокружение, слабость, ожоги. При более тяжелых — обморок, шок, глухота, угнетение сердечной деятельности. Пострадавшего необходимо согреть, обеспечить полный покой, дать болеутоляющее и успокаивающее. При тяжелых поражениях возможны расстройство дыхания и прекращение сердечной деятельности. Необходима срочная сердечно-легочная реанимация и ввод средств, стимулирующих сердечные сокращения и дыхание.

(Использовались материалы с сайтов: http://www.outdoors.ru, http://www.outdoorukraine.com)

Главная опасность во время грозы - молнии. Это мощные электрические разряды, которые обладают высоким напряжением, силой тока в сотни тысяч ампер и очень высокой температурой, до 25 тысяч градусов.

По виду молнии разделяются на линейные, жемчужные и шаровые. Мгновенный удар молнии может вызвать паралич, глубокую потерю сознания, остановку дыхания и сердца. Чтобы не стать жертвой этого опасного природного явления, необходимо придерживаться определённых правил поведения во время грозы.

Основные правила и требования безопасности при грозе

Чаще всего молния ударяет на открытых местах или в одиноко стоящее дерево, несколько реже в помещение и еще реже в лесу, поэтому при приближении грозового фронта нужно заранее остановиться и подыскать безопасное место.

В квартире, доме, здании

Если во время грозы вы находитесь дома, не подходите близко к электропроводке, антеннам, закройте окна, выключите телевизор, радио и другие электробытовые приборы и не касайтесь металлических предметов. В частном доме особую опасность при грозе представляет топящаяся печь, поскольку выходящий из трубы дым обладает высокой электропроводностью и может притянуть к себе электрический разряд. В доме ликвидируйте сквозняки, плотно закройте окна, дымоходы, отсоедините электроприборы от источников питания, отключите наружную антенну, не располагайтесь у окна, печи, камина, массивных металлических предметов, на крыше и на чердаке.

В лесу

В лесу укройтесь среди невысоких деревьев с густыми кронами. Опасно при грозе находиться на опушках больших полянах, в местах, где течет вода. Не ищите защиты под кронами высоких или отдельно стоящих деревьев, не прислоняйтесь к их стволам, поскольку прямое попадание молнии в дерево может разбить его в щепки и травмировать рядом стоящих людей. Не располагайтесь у костра: столб горячего воздуха является хорошим проводником электричества. Не влезайте на высокие деревья. В лесу наиболее безопасным местом будет низина с массивом из невысоких деревьев.

На открытом месте

На открытой местности следует укрыться от грозы в сухих ямах, канавах, оврагах. Но если они начнут заполняться водой, лучше их покинуть. Следите за тем, чтобы вы не оказались самой высокой точкой в окрестности, именно в нее чаще всего попадает молния. Не располагайтесь у металлических заборов, опор линий электропередачи и под проводами, не ходите босиком, не прячьтесь в необитаемых одиночных бараках или сараях. Прекратите спортивные игры и движение, уйдите в укрытие.

У воды

Во время грозы не купайтесь, не располагайтесь в непосредственной близости от водоема, не плавайте на лодке. Если вы находитесь на водоеме и видите приближение грозы - немедленно отойдите от берега. Ни в коем случае не пытайтесь спрятаться в прибрежных кустах.

В транспорте

Если гроза застала вас в автомобиле, не покидайте его, при этом закройте окна и опустите антенну радиоприемника. Прекратите движение и переждите непогоду на обочине или на автостоянке, подальше от высоких деревьев. А вот велосипед и мотоцикл могут являться в это время потенциально опасными. Их надо уложить на землю и отойти на расстояние не менее 30 метров.

Шаровая молния

О шаровых молниях науке известно еще очень мало, но главное знать, как нужно вести при встрече с этим явлением. Увидев шаровую молнию на открытой местности, медленно удалитесь от нее, не делая резких движений. Если вы находитесь в помещении, медленно покиньте комнату. Ложитесь на пол, спрячьтесь под стол или кровать и выжидайте. Не пытайтесь прогнать ее, поскольку при столкновении с предметами шаровая молния чаще всего взрывается. После взрыва шаровой молнии может начаться пожар.

Куда спрятаться от молнии?

Если вы будете стоять один в поле или на берегу водоема, то существует опасность притянуть к себе молнию, потому что она чаще всего бьет в самую высокую точку окрестности. По этой же причине не стоит прятаться под кроной одиноко стоящего дерева. И не ложитесь на землю, подставляя электрическому току все свое тело. Если купаетесь, срочно возвращайтесь на берег, если плывете в лодке - сматывайте удочки: “небесное электричество” бьет не в воду, а в возвышающиеся над ее поверхностью предметы. Укрываться следует в здании или машине, потому что она заземляет молнию. Или сядьте на корточки обхватив голени руками.

В сельской местности во время грозы нельзя разговаривать по телефону: молния иногда попадает в натянутые между столбами провода. Если вы увидели, что человека ударила молния и он упал, пострадавшего, прежде всего, необходимо раздеть, облить ему голову холодной водой, по возможности обернуть тело мокрой холодной простыней. Если человек еще не пришел в себя, сделать искусственное дыхание “рот в рот”. И как можно быстрее . Даже если человек внешне “оклемался”, у него могут обнаружиться серьезные повреждения внутренних органов.

Ураганы, громы и молнии нагнали на нас страх. Неудивительно, ведь скорость молнии - 100 000 км/сек. (треть скорости света). Сила тока молнии - от 20 до 180 тыс. ампер, а температура в шесть раз выше, чем на поверхности Солнца. Поэтому каждый предмет, застигнутый молнией, почти всегда сгорает.

Как вести себя на открытом воздухе?

Сторонитесь деревьев, заборов и металлических ограждений. Если вы купаетесь, нужно немедленно выйти из воды. Если вы на яхте или паруснике, плывите к ближайшему берегу.

Надо ли слезать с велосипеда, завидев молнию на небе?

Нет, если вы в городе. Там дома действуют как громоотводы. Но если вы находитесь на природе, лучше слезть с велосипеда, иначе вы привлечете молнию как высокая точка на местности. Автомобиль, напротив, покидать не следует, так как во время грозы он безопасен.

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: