Карта продолжительности гроз на севере Евразии

Продолжительность гроз и плотность ударов молний в Московской области

Грозовая активность в Московской области в целом характеризуется как средняя. На большей части Московской области среднегодовая продолжительность гроз находится в пределах 20-40 часов, плотность ударов молний находится в пределах 2 на км2. В тоже время для многих районов Московской области характерна высокая грозовая активность (40-60 грозовых часов, средняя плотность удара молний 4 на км2). Кроме того существуют факторы повышающие локальный риск поражения молнией наземных объектов. К ним относятся: открытая местность, расположение объектов на возвышенности или на склоне, обращенном к преобладающему направлению ветра, расположение в пойме реки или рядом с озером, локальная высокая влажность грунта.

Таким образом, риск возникновения аварийных ситуаций, связанных с ударами молнией в условиях загородного жилья в Подмосковье в некоторых случаях может быть значительным.

Почему в таком случае стандарты молниезащиты не предписывают обязательную установку средств защиты малоэтажных загородных зданий и высоко посещаемых территорий? Такая ситуация связана скорее с инертностью отечественной нормативной базы, чем с реальным положением вещей, что отмечается многими специалистами по молниезащите. Основной действующий отечественный стандарт по молниезащите датируется 1987 г. Отношение к молниезащите в загородной местности в этом документе отражает реалии и позиции того времени. Материальная ценность большинства загородных построек в то время была невелика, а интересы государственных учреждений были сфокусированы на защите общественной, а не частной собственности.

Почему может возникать необходимость в молниезащите деревьев? Молнии поражают деревья довольно часто. Наверное, все слышали о том, что укрываться в грозу под ветвями отдельно стоящего дерева опасно. Деревья часто называют “естественными громоотводами”. Такая склонность деревьев принимать на себя удары молний связана главным образом с их значительной высотой.

В тоже время последствия удара молнии в дерево часто оказываются разрушительными как для самого дерева, так и для расположенных рядом с ним строений. Взрывное испарение влаги внутри ствола при прохождении по нему молнии вызывает механическое повреждение дерева, тяжесть которого варьирует от появления поверхностных продольных ожогов или трещин до полного расщепления ствола и падения дерева. Если поражается дерево, произрастающее рядом со зданием, падение фрагментов ствола может нанести серьезные повреждения. Удары молнии в деревья (в том числе и живые) могут вызвать пожары, которые могут распространиться и на близлежащие здания. Боковой разряд от дерева может передаться на стену близлежащего здания, даже если на этом здании установлен громоотвод. Наконец электрический потенциал от дерева распространяется в поверхностных слоях грунта, в результате чего он может быть занесен в здание, повредить подземные коммуникации или привести к поражению электрическим током людей.

Внутренние и внешние повреждения дерева при ударе молнией

Поражение деревьев молниями часто сопровождается развитием хронических заболеваний (гнилей, сосудистых болезней). В результате чего дерево может стать небезопасным или усохнуть. В том случае, если дерево, произрастает вблизи жилья и окружено декоративными посадками расходы на его удаление могут стать весьма значительными.

Таким образом, молниезащита особенно ценных деревьев (деревья являющиеся центром ландшафтных композиций, исторические и редкие деревья) или деревьев произрастающих вблизи жилья в определенных случаях может быть практически оправданной.

Отсутствие нормативов по молниезащите деревьев в России скорее следствие инертности отечественной нормативно-правовой базы, чем адекватной оценкой рисков, связанных с поражением молниями деревьев в урбанизированной среде. В других странах такие нормативы есть: например американский — ANSI A 300 Part 4 или британский British Standard 6651 (регулирует в том числе и молниезащиту деревьев). Кроме того, составители отечественных стандартов исходили из предположения, что при строительстве загородного жилья соблюдаются строительные нормы и правила, в то время как это далеко не всегда так. В частности минимальное расстояние от ствола дерева до стены здания должно быть не менее 3 м (в некоторых случаях 5 м). В реалиях же загородного строительства дома часто располагают вплотную к деревьям. Причем удаление таких деревьев рассматривается владельцами как крайне нежелательная мера.

В каких случаях имеет смысл задуматься о молниезащите дерева? Перечислим факторы, на основании которых может быть принято такое решение.

• Район с высокой грозовой активностью.Для Московской Области такие районы расположены преимущественно на западе и северо-западе области. (см. приведенную выше карту и таблицу)
• Расположение участка на открытой местности, на возвышенности, вблизи водоемов, подземных ключей, повышенная влажность почвы на участке.
• Дерево произрастает на расстоянии 3 или менее метров от здания. При этом повышается риск поражения здания боковым разрядом, очень велик риск повреждения кровли при падении дерева, при возгорании дерева пожар может распространиться на здание.
• Ветви дерева, нависают над кровлей здания, каются его стен, козырьков, водостоков или декоративных элементов фасада. Повышается риск повреждения здания, возгораний, переноса разряда на дом.
• Дерево, произрастающее рядом с домом, относится к породе, часто или регулярно поражаемой ударами молний.

Подверженность поражению незащищенных деревьев некоторых пород (из стандарта ANSI A 300, Part 4)

• Корни дерева, произрастающего рядом со зданием, могут контактировать с подземным фундаментом или подходящими к дому коммуникациями. В этом случае повышается вероятность “заноса” электрического разряда в помещения.
• Дерево — потенциальный объект защиты растет на открытой местности или значительно превышает по высоте соседние деревья. Такие деревья поражаются молниями статистически чаще.
• Специалисты по молниезащите зданий рекомендуют установку отдельно стоящего молниеприемника, при этом на расстоянии от 3 до 10 метров есть деревья, подходящие по высоте и другим параметрам для установки молниеприемника и токоотвода. Установка отдельной мачты может обойтись довольно дорого. Для многих заказчиков такие мачты “эстетически неприемлемы”. И наконец, разместить мачту в лесной зоне таким образом, чтобы при ее строительстве не пострадали корни деревьев или растяжки не мешали перемещению людей бывает очень не просто.

Схема защиты дерева от ударов молнии

Рассмотрим компоненты системы молниезащиты дерева и процесс ее установки.
Стандарты, используемые при проектировании:

1. ANSI A 300 Part 4 (American National Standart for Tree Care Operations; Lightning Protection Systems). 2002
2. ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. РД 34.21.122-87. Москва ГНИЭИ им. Кржижановского, 1987 г.
3. ИНСТРУКЦИИ ПО МОЛНИЕЗАЩИТЕ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ (СО 153-34.21.122-2003). Министерство Энергетики Российской Федерации 2003.

Далее стандарты обозначаются по номерам, перечисленным выше.
Поскольку молниезащита собственно деревьев не рассматривается в действующих отечественных нормативах, инструкции применяются путем их свободного совмещения. При наличии расхождений между инструкциями, где это возможно и разумно, мы применяем положение инструкции, предъявляющей в данном случае наиболее строгие требования.

Материалы, используемые в системах молниезащиты:

Материалы, используемые в системах молниезащиты

Компоненты молниезащиты выполняются из меди или нержавеющей стали, при этом используется только один из выбранных материалов во всех соединениях и контактах между проводящими элементами во избежание коррозии. При использовании меди допускается использование бронзовых элементов крепления. Медные компоненты дороже, но имеют большую проводимость, что позволяет уменьшить размер компонентов и сделать их менее заметными и сократить расходы на монтаж системы.

Общая схема системы

Общая схема молниеприёмника

Система состоит из молниеприемника (или нескольких), соединенных с приемниками и между собой воздушных токоотводов, закрепленных на стволе дерева, подземной трассы токоотвода и заземления.

Наконечник громоотвода молниеприемника

Молниеприемник представляет собой замкнутую на конце трубку. Токоотвод входит внутрь молниеприемника и присоединяется к нему болтами. Минимальное сечение молниеприемника из меди – 50 мм2, из стали – 75 мм2 (в соответствии со стандартами 2 и 3)

Дополнительные молниеприемники. Такие молниеприемники бывают необходимы для деревьев с раскидистой кроной, поскольку в этом случае разряд молнии может ударить в ветви или вершины удаленные от молниеприемника. Стандарт (1) предписывает установку дополнительного молниеприемника в том случае, если конец ветви или вершины дерева отклоняются по горизонтали от установленного молниеприемника более чем на 10 м. Т.е. согласно данному стандарту требуется дополнительная единственного дополнительного молниеприемника 1b. Однако, в данном случае, мы считаем более правильными применять отечественные стандарты (2) и (3), в которых указана методика расчета защитных зон (обозначены (8) и (9) на рисунке) одиночных и двойных стержневых молниеотводов. На основании расчета защитных зон видно, что для предотвращения поражения дерева молнией необходима установка не двух, а трех молниеприемников.

Если на дереве установлена система поддержки (24) на основе металлических тросов, то при выполнении молниезащиты она также должна быть заземлена. Для этого при помощи болтового контакта к ней присоединяется дополнительный токоотвод. Следует учитывать, что прямой контакт меди с оцинкованным тросом недопустим, поскольку ведет к коррозии.

Схема заземления громоотвода

Токоотводы от молниеприемников и дополнительных контактов соединяются вместе при помощи специальных зажимных контактов или болтовых соединений. В соответствии со стандартом (1) для молниезащиты деревьев используются токоотводы в виде цельнометаллических стальных кабелей различного плетения. В соответствии со стандартами (2) и (3) минимальное эффективного сечения токоотвода из меди — 50 мм2, минимальный размер эффективное сечение токоотвода из стали – 75 мм. При проведении токоотводов по дереву необходимо избегать их резких изгибов. Не допустимы изгибы токоотводов под углом меньше 900, радиус кривизны изгиба не должен быть меньше 20 см (стандарт (1)).

Токоотводы присоединяются к стволу

Токоотводы присоединяются к стволу при помощи заглубляемых в древесину ствола на несколько сантиметров металлических зажимов. Материал зажимов не должен приводить к контактной коррозии при соединении с токоотводом. Фиксировать токоотводы, привязывая их к дереву проволокой нельзя, поскольку рост диаметра ствола приведет к возникновению кольцевых травм и усыханию дерева. Жесткая фиксация токоотводов на поверхности ствола (скобами) приведет к их врастанию в ствол, снижению долговечности и безопасности системы и развитию обширной стволовой гнили. Оптимальный вариант крепления системы – установка динамических зажимов. В этом случае при увеличении диаметра ствола держатели с кабелями автоматически поджимаются к концу стержня давлением тканей дерева. Отметим, что заглубление штифтов зажимов на несколько сантиметров в древесину и их последующая частичная инкапсуляция деревом практически не наносит никакого вреда.

Заглубление штифтов зажимов на несколько сантиметров в древесину

Токоотводы спускаются вниз по стволу до его основания и заглубляются в траншею.

Токоотводы спускаются вниз по стволу до его основания и заглубляются в траншею

Минимальная глубина траншеи для подземной части токоотвода, предписываемая стандартом (1) – 20 см. Из общих соображений мы предпочитаем выполнять такие траншеи глубиной не менее 30 см. Копка траншеи проводится вручную с сохранением максимального числа корней. В тех случаях, когда повреждение корней особенно нежелательно копка проводится при помощи воздушного ножа AirSpade (69). Данный инструмент позволяет выкопать траншею, не повреждая даже самые мелкие корни дерева.

Когда повреждение корней особенно нежелательно, копка проводится при помощи воздушного ножа AirSpade

Расстояние, на которое должен отходить токоотвод до заземляющего устройства, тип и параметры заземляющего устройства определяются свойствами грунта. Это связано с необходимостью сократить до требуемого уровня импульсное сопротивление заземления – электрическое сопротивление растеканию импульса электрического тока от заземляющего электрода. По принятым нормам (2), (3), а также британскому стандарту молниезащиты (British Standard 6651) в местах регулярно посещаемых людьми такое сопротивление не должно превышать 10 Ом. Такая величина сопротивления заземлению должна исключить искровые пробои тока от подземного токоотвода и заземлителя на поверхность почвы и, следовательно, исключить поражение людей строений и коммуникаций электрическим током. Основной показатель грунта, определяющий выбор схемы заземления – удельное сопротивление грунта — сопротивление между двумя гранями 1 м3 земли при прохождении по нему тока.

Чем выше удельное сопротивление грунта, тем более “разветвленной” должна быть система заземления, чтобы обеспечить безопасное “стекание” электрического заряда. На грунтах с небольшим удельным сопротивлением до 300 Ом (суглинки, глины, заболоченная местность) как правило, применяется система заземления из двух вертикальных заземляющих стержней, соединенных токоотводом. Между стержнями выдерживается расстояние не менее 5 м. Длина стержней – 2,5-3 м, верхний конец стержня заглубляется на 0,5 м. Широко распространенная в США и предписываемая для многих случаях стандартом (1) схема заземления с одним заземляющим стержнем не используется во всех ответственных случаях из-за низкой надежности заземления.

На грунтах с небольшим сопротивлением применяется система заземления из двух вертикальных стержней, соединенных токоотводом

На грунтах с большими значениями удельного сопротивления (супеси, пески, гравий) используются многолучевые системы заземления. При ограничении возможной глубины залегания заземления используются заземляющие пластины.

Над заземляющими стержнями устраиваются небольшие колодцы
Удельное сопротивление грунта не постоянная величина, ее значение сильно зависит от влажности грунта. Поэтому в засушливое время года надежность заземления может снижаться. Для предотвращения этого используется несколько приемов.

Варианты заземления

Во-первых, заземляющие стержни по возможности размещаются в зоне полива. Во-вторых, верхняя часть стержня заглубляется на 0, 5 м ниже поверхности грунта (верхние 0,5 м грунта наиболее склонны к пересыханию). В-третьих, при необходимости в грунт добавляется бентонит – естественный влагоудерживающий компонет. Бентонит представляет собой мелкие коллоидные частицы минеральной глины, поровые пространство которых хорошо удерживают влагу и стабилизируют влажность грунта. Бентонит широко применяется как стабилизатор влаги и сорбент (область применения от строительства и геоинженерных работ до косметики) абсолютно безвреден и не вымывается из колодцев заземления.

Желательно проведение осмотра системы минимум один раз в три года. При этом выполняется контрольный замер сопротивления заземления, осмотр надземной части токоотводов. При необходимости также выполняются замеры сопротивления надземных токоотводов и проверка болтовых соединений и контактов.

При необходимости в грунт добавляется бентонит

Расценки на работы по молниезащите деревьев
Подробнее о креплении различных предметов к дереву

Задать вопрос специалисту или заказать работы:
Вячеслав: арборист	Вячеслав – 8 (903) 574 73 71 vborisov-arbor@yandex.ru
Владимир: инженер, генеральный директор	Владимир – 8 (926) 207 57 92 evpator@front.ru
Константин: инженер	Константин – 8 (926) 207 57 93 konst25@mail.ru
Константин: инженер	Константин – 8 (916) 827 46 05 sur_237@mail.ru