На профессиональном форуме по скатным кровлям (forum.design-roof.ru), который начал свою работу весной 2010 г., в разделе, посвященном молниезащите, один из участников оставил сообщение: «У моей бабушки в деревне к антенне привязана проволока и зарыта в землю. Вот и весь громоотвод». В связи с этим редакцию журнала «Кровли» заинтересовал вопрос целесообразности использования в качестве громоотводов антенн.
Обеспечение безопасности телевизионных антенн и подключенных к ним телевизоров остается, пожалуй, наиболее серьезной проблемой молниезащиты индивидуального жилого дома. Причин две. Во-первых, антенна часто оказывается наиболее высокой точкой сооружения. Поэтому ее нелегко включить в зону защиты установленных молниеотводов. Во-вторых, даже перехват молниевого канала не исключает воздействия электромагнитного поля молнии на электрические коммуникации антенны. Это воздействие может быть сильным, потому что расстояние от токоотвода с током молнии до антенны часто не более нескольких метров.
При столь небольшом удалении даже в контуре малой площади возбуждается весьма заметная ЭДС магнитной индукции. Например, при нормированной скорости роста тока молнии 100 кА/мкс (III или IV уровень защиты по российскому нормативу СО-153-34.21.122-2003) ЭДС магнитной индукции достигнет 1000 В, если расстояние от токоотвода до коммуникаций антенны равно 2 м, а площадь между проводами, пронизываемая магнитным полем тока молнии, близка к 0,1 м2. Такую площадь имеет пара проводов длиной 10 м, раздвинутая на 1 см.
Чтобы понять силу воздействия молнии, полезно сравнить результат выполненной оценки с тем полезным сигналом, что поступает от антенны к современному телевизору. Разница составит 4–5 порядков величины.
Наученные горьким опытом, хозяева индивидуальных домов бросаются выключать свои телевизоры уже при первом едва слышном раскате грома. Для надежности вилки питания телевизоров выдергиваются из розеток, штекеры антенных кабелей – из телевизоров, а адаптеры питания антенных усилителей (если они есть в доме) выключаются в самую первую очередь по настоятельному совету мастеров, монтировавших антенную систему. В целом эти меры вполне разумны, хотя далеко не всегда в доме находятся те, кто в состоянии своевременно сделать все необходимое. Отключенные телевизоры от грозы не пострадают. Другое дело, сами антенны и их усилители. Они могут быть повреждены и при выключенном электропитании.
Часто возникает вопрос о возможности использования телевизионной антенны в качестве молниеприемника. Прямых запретов здесь нет. Современные нормативные документы допускают удары молнии в весьма тонкую металлическую кровлю, если толщина слоя металла на ней не меньше 0,5 мм, а под кровлей нет горючих строительных конструкций. Толщина металлических трубок телевизионной антенны явно больше. Конечно, в месте удара молнии металл антенны будет частично проплавлен, а трубка антенного вибратора может быть деформирована, но такие тепловые и механические воздействия сами по себе к тяжелой аварии не приведут. К тому же прямой удар в незащищенную антенну — явление редкое. Оно произойдет не чаще одного раза за 50-100 лет эксплуатации в средней полосе России. Большой перегрев трубкам антенны тоже не грозит. Норматив СО-153-34.21.122-2003 допускает применять для токоотводов алюминиевые проводники сечением от 25 мм2. У вибраторов антенны как раз примерно такое сечение.
Стойка антенны и ее рабочие элементы должны быть заземлены, иначе ток молнии целиком пойдет через коаксиальный антенный кабель, совершенно не предназначенный для такой цели. Токоотвод и главная заземляющая шина должны быть рассчитаны на полный ток молнии (16, 25 и 50 мм2 для меди, алюминия и стали соответственно), потому что другого пути для его транспортировки нет. К сожалению, и при тщательно выполненном заземлении антенны часть тока молнии все равно ответвится в антенный кабель и через него может добраться до телевизора или до антенного усилителя, если он предусмотрен для усиления сигнала с антенны. Вот почему прямая связь антенного кабеля с этой аппаратурой недопустима.
Нужна надежная защита от той части тока молнии, что внедрился в антенный кабель. Рассмотрим пример, приведенный на рис. 1. Главным элементом защиты является комбинированное устройство DGA GFF TV № 909705, которое объединяет в себе искровой разрядник и ограничитель перенапряжений (крупно он показан на рисунке слева). Устройство предназначено для установки в рассечку коаксиальных кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом и имеет для этого необходимые разъемы, пригодные для транспортировки сигнала на частоте вплоть до 3000 МГц с затуханием не более 2 дБ. Разрядник устройства способен пропустить импульс тока молнии амплитудой 2,5 кА с временными параметрами 10/350 мкс; для импульса 8/20 мкс предельная амплитуда тока достигает 10 кА. Окончательное ограничение перенапряжений до уровня, безопасного для входных блоков электроники, осуществляется варистором. Он размещен в общем корпусе с разрядником.
Устройство допускает транспортировку по коаксиальному кабелю постоянного напряжения до 24 В, необходимого для питания входных усилителей. Остается обезопасить от электромагнитных наводок источник этого низкого напряжения, а заодно и электрическую сеть, от которой питаются телевизоры. Хорошо, если задача решена комплексно, при помощи защитных устройств (УЗИП), установленных на вводе электропитания в дом. В противном случае приходится прибегать к локальным средствам защиты.
Рис. 2. Комбинированный адаптер
(модель DPRO 230 TV, производство
компании Dehn+Sоhne)
Номенклатура локальных средств защиты очень широка. Их название полностью информирует пользователя о назначении. Адаптер включается непосредственно в розетку 220–230 В и защищает внутренний источник питания телевизора от индуцированных перенапряжений в электрической сети, питающей дом. Два коаксиальных разъема адаптера (рис. 2) позволяют присоединить к нему антенный кабель и подать на антенный вход телевизора сигнал с уже ограниченным уровнем электромагнитных наводок. Применение таких локально устанавливаемых адаптеров вполне заслуживает внимания, когда дом невелик, телевизоров немного, а централизованная защита антенны не обеспечена.
В заключение полезно напомнить, что антенный кабель будет работать в более благоприятных условиях, если хотя бы частично проложить его внутри полой стойки антенны. Это уменьшит долю тока молнии, ответвляющегося в кабель, и дополнительно снизит уровень электромагнитных наводок.
Если обеспечить необходимое изоляционное расстояние между антенной и молниеприемником, то можно разместить молниеприемник непосредственно на стойке антенны. Тогда его высота окажется минимальной. Для этой цели используются стойки молниеприемников и безопасных токоотводов (например, комплекты DEHNiso-Combi и др.), дистанционные держатели молниеприемников (например, артикул 106 225 по каталогу Dehn+Sоhne), системы с возможностью прокладки по стойке антенны безопасного токоотвода HVI (DEHNConductor) либо установки опорной трубостойки с молниеприемником и расположенным внутри безопасным токоотводом HVI (артикул 819 320 по каталогу Dehn+Sоhne).
Когда есть возможность, целесообразно все-таки не превращать антенну в молниеприемник. Тогда не придется ремонтировать деформированные трубки вибраторов или с сожалением разглядывать проплавленные отверстия в зеркале спутниковой антенны. Специально установленный молниеотвод лучше еще и тем, что он удаляет проводники с током молнии от кабелей антенной системы и уже только этим снижает уровни электромагнитных наводок.
Э.М. Базелян, профессор, докт. техн. наук, зав. лабораторией молниезащиты ЭНИН им. Г.М. Кржижановского