Защита от грозы и молнии. Защита от молний

Такое природное явление, как гроза, сопровождаемое громом и молнией, помимо демонстрации внешнего величия, несет опасность для жизни людей и целостности строений. Попадание молнии, представляющей собой электрический разряд огромной силы, может привести к пожару и причинить вред здоровью человека, вплоть до смертельного исхода. Для защиты от молний применяются системы молниезащиты. Эти системы защиты от грозы при правильном монтаже обеспечивают полную безопасность от поражения молнией.

При прохождении грозовых туч, между ними и поверхностью земли возникает электрический заряд. Это сравнимо с двумя обкладками конденсатор, где земля имеет нулевой потенциал, а грозовые тучи накапливают заряд. Величина этого заряда имеет огромные значения. При разряде молнии величина тока может достичь значения в 500 тысяч ампер, а напряжение в десятки и сотни миллионов вольт.

Как известно, электрический разряд происходит при достижении определенной величины напряженности электрического поля между проводниками, которые находятся ближе друг к другу, чем остальные. Именно поэтому молния обычно ударяет в самые высокие строения и деревья. Это свойство положено в основу принципа устройства системы для грозозащиты: принять удар молнии в самой высокой точке объекта на себя и отвести его в землю, нейтрализуя тем самым опасное воздействие громадных величин тока и напряжения.

Поэтому молниеприемник системы защиты от грозы располагают в самой верхней точке строения. Для частного дома такой точкой может быть дымовая труба (дымоход), стойка телевизионной антенны, конек крыши. Удобным местом для нее может послужить высокое дерево, стоящее рядом с домом. Дерево должно быть выше всех рядом стоящих строений.

Современные системы защиты от грозы

Существуют две системы внешней грозозащиты - пассивная и активная. Пассивная система была спроектирована еще в восемнадцатом столетии, а активная система относится к современным разработкам. На ней мы остановимся немного позже.

Одним из ученых, занимавшихся выяснением природы грозовых молний, был американский ученый и политик Бенджамин Франклин. Результаты его опытов в числе прочих исследований были положены в проектирование устройства внешней грозозащиты. Оно достаточно простое и его по силам изготовить самостоятельно из подручных средств. Пассивное устройство состоит всего из трех частей: молниеприемника, токоотвода и цепи заземления.

Внутренние системы защиты от грозы служат для защиты бытовых электроприборов и оборудования от поражения импульсами высокого напряжения при попадании молний в линии электропередач (ЛЭП). С этой целью перед счетчиком устанавливается устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Оно разработано таким образом, чтобы при поступлении на него импульса высокого напряжения, он отводился из электрической сети по цепи заземления. Существуют двух и трехфазные устройства.

Рассмотрим составные части внешней системы для грозозащиты. Она состоит из молниеприемника, токоотвода и устройства (цепи) заземления. Следует обратить внимание на то, что цепь заземления домашней электрической сети и системы молниезащиты должны быть независимы друг от друга.

Молниеприемник

При проектировании молниеприемника для грозозащиты необходимо учитывать такие факторы: тип кровли здания, наличие рядом с домом высоких строений и деревьев, площадь территории, нуждающейся в защите.

Самым простым молниеприемником является металлический штырь диаметром не менее 8-10 мм или аналогичная по размеру толстостенная металлическая труба. Это устройство должно размещаться таким образом, чтобы его верхняя точка находилась не ниже, чем на 2 метра от самой высокой части крыши. Защищаемая таким образом площадь напрямую зависит от высоты нахождения вершины штыря и равна площади окружности с радиусом, равным этой высоте.

Штыревые молниеприемники являются оптимальным решением при проектировании грозозащиты для металлической кровли. При попадании молнии энергия разряда отводится по токоотводу в цепь заземления.

Если рядом с домом находится высокое дерево (превышающее высоту дома), имеет смысл для увеличения защищаемой от молнии площади поместить штыревое устройство приема молнии на верхушке этого дерева. Штырь также должен возвышаться над кроной дерева не менее чем на 2 метра.

При проектировании защиты для строений с шиферными крышами часто используют в качестве молниепринимающего устройства металлический трос подходящего диаметра, который натягивается вдоль конька кровли на высоте не менее полуметра. Защищаемая таким образом площадь имеет форму шалаша. Заземление в этом случае необходимо выполнять с двух сторон троса.

Защита строений с черепичной крышей имеет свои особенности. Одним из решений при проектировании грозозащиты для такой кровли является использование сетчатого приемника разряда. Сетка выполняется из стальной проволоки диаметром не менее 6 мм и размером ячейки около 5-6 метров.

Контакт приемника разряда с токоотводом предпочтительно выполнять сваркой, но допускается и болтовое соединение.

Видео “Системы молниезащиты”

Токоотвод

Токоотвод выполняет важную роль в системе грозозащиты - отводит энергию разряда молнии в цепь заземления. Для этих целей хорошо подходит стальная проволока с диаметром 6 мм и более, так как проходящий через нее ток может достигать величин в сотни тысяч ампер.

Лучшим способом соединения токоотвода с приемником разряда и цепью заземления является сварка. При невозможности использования сварки можно использовать специальные болтовые зажимы, обеспечивающие хороший контакт соединений.

Токоотвод не должен проходить вблизи от оконных и дверных проемов, иметь минимальную (по возможности) длину и не содержать резких изгибов для обеспечения пожарной безопасности. Резкие изгибы токоотвода при попадании молнии в систему грозозащиты могут вызвать искрение и возгорание конструкций дома. Следует также избегать касания токоотвода к металлическим частям строения, например, гаражным воротам и тому подобному.

Заземление

Проектирование цепи заземления не представляет большой сложности. Следует учесть то, что по требованиям техники безопасности она должна находиться как можно дальше от входных дверей в дом, тропинок и других мест, где могут оказаться люди во время грозы.

Самое простое заземление можно выполнить путем вбивания толстого металлического прута (арматуры) на глубину двух-трех метров с последующим соединением его с токоотводом с помощью сварки или болтового крепежа. Желательно, чтобы площадь устройства заземления была побольше. Поэтому рекомендуется использовать несколько соединенных между собой прутьев. Если вбивание на такую глубину является проблемой из-за особенностей почвы, можно выкопать яму или траншею глубиной ни менее метра и уложить туда любую массивную металлическую конструкцию, например, спинку от старой кровати. А уже к этой конструкции путем сварки подсоединить токоотвод. Сварное соединение необходимо защитить от коррозии любым способом, например, покраской.

Активная защита

Этот вид защиты от молний был разработан в восьмидесятых годах прошлого столетия во Франции. Состоит из тех же основных частей, что и пассивная защита. Отличием является то, что приемник разряда молнии представляет собой устройство, которое формирует зону ионизированного воздуха вокруг него. Устройство не требует внешнего питания и активизируется при приближении грозы под действием изменения напряженности электрического поля. Считается, что такая зона ионизированного воздуха является своего рода приманкой для молнии, что обеспечивает большую в несколько раз площадь защиты.

Защита от молний в частном доме

Защита от молний в частном доме очень важный пункт в электрической цепи дома. Если в многоквартирном доме этим занимается организация, обслуживающая электрическую сеть, то в частном жилище придется взять ситуацию в свои руки. Молния - природный разряд электричества. Сила молнии такова, что на краткие наносекунды своего существования она сравнивается с энергией ядерной электростанции.

Понятно, что при прямом попадании в электрическую сеть дома провода и приборы не то что перегорят, а просто взорвутся. Именно поэтому к такой защите следует отнестись со всей серьезностью и не скупиться на расходы по установке. Молниезащита бывает внутренней и внешней. Это как бы 2 охранных контура, которые, работая совместно, могут почти на 100 % обезопасить электрооборудование и людей в доме.

Внешняя защита от молний

В первую очередь это молниеотвод , который устанавливается на самой высокой точке дома, соединенный проводником с системой заземления. Еще до недавнего времени громоотвод соединялся к заземлителем, который одновременно служил и системой заземления в доме. Как выяснилось опытным путем, такой защиты недостаточно для того, чтобы спокойно чувствовать себя в грозу. Чтобы не пугать никого описанием, что бывает в случае, когда молния пробивает заземление (200 тыс. А!), необходимо показать устройство и схему нормально функционирующего молниеотвода.

Молниеприемник , который устанавливается на крыше, бывает 2 видов. Это либо высокий металлический штырь, который вертикально выставляется при помощи деревянных стоек, либо трос, протянутый вдоль всего конька крыши и уложенный на деревянные подпорки.

Есть еще вариант, когда на крышу укладывают металлическую сетку, сваренную из арматур сечением 8–10 мм², с шагом ячеек 2–5 м. В принципе, особенной разницы между ними нет.

Тросовые молниеприемники охватывают большую площадь крыши и считаются более безопасными, а сеточные не портят внешнего вида дома. Сечение молниеприемника должно быть не меньше 12 мм², хотя лучше всего арматура с запасом - 16 мм². При установке штыря необходимо помнить, что он должен возвышаться над самой высокой точкой кровли не меньше чем на 20–30 см, то же самое относится и к тросовому приемнику.

Примечание . Зона, которую защищает громоотвод, примерно равна его высоте. Например, при высоте над землей 6 м он защитит от попадания молнии территорию круга с радиусом 6 м.

Провод, по которому энергия молнии пойдет к заземлителю, лучше брать стальной сечением не меньше 10 мм² или медный провод сечением не меньше 6 мм². Это как раз тот случай, когда кашу маслом не испортить: чем толще будет провод, тем безопаснее. Проводник соединяется с приемником сваркой или при помощи болтового соединения, конец провода обжимается наконечником. Кабель опускается по наружной стене дома, к которой он крепится при помощи пластиковых хомутов. Они, в свою очередь, приделываются к стене при помощи дюбельей. Желательно, чтобы это была глухая стена, противоположная входной двери, без окон. Проводник не должен проходить мимо металлических элементов (лестниц, водопроводных и водосточных труб) ближе чем на 30 см.

Теперь отдельно о системе заземлителя. Он не должен быть совместным с заземлителем контура заземления дома. Это отдельное устройство, и характеристики его должны быть такими же, как у заземлителя дома. Его также надо углублять в землю на 3 м и приваривать к токоотводу.

Примечание . При современном строительстве для оштукатуривания дома используют металлическую сетку, которая поддерживает раствор на стене, армируя его. Эта сетка - неплохая защита от наведенных токов, которые часто случаются во время грозы, даже когда молния не ударяет поблизости.

Внутренняя защита от молний

Ее обеспечивают специальные устройства, которые добавляются в схему домового щитка и ВУ. Суть их в следующем: даже если молния не попадает в дом, во время грозы частенько случаются скачки напряжения, помехи в телевизоре и радио. Это объясняется тем, что электромагнитное поле при ударе молнии может создавать импульсные токи в проводке и устройствах. Разряд необязательно должен ударить именно в дом - это может произойти на расстоянии нескольких сотен метров и даже километров. Если же молния попадает в дом, то в лучшем случае молниеотвод сбросит напряжение в заземлитель, в худшем - разряд со всей силой ударит по электрической сети.

Даже когда энергия молнии стечет по молниеотводу, ток, возникающий в проводке, может привести к порче чувствительной аппаратуры (компьютеров, холодильников и телевизоров). Лучше и не представлять, что случится при прямом воздействии. Как раз для защиты от таких ситуаций и существуют специальные устройства - ограничители. Внутри ВРУ можно установить ограничители перенапряжения (ОПН). Эти устройства по внешнему виду напоминают обычные автоматы (ВА), только без рычага отключения. Все, что надо знать про ограничители, - что они устанавливаются между фазой и заземлением или нулевым проводом и заземлением.

Ограничители бывают 3 видов и различаются по чувствительности к току перенапряжения.

1. Класс «В» - такие ограничители ставят на входе в щит. Они предназначены для защиты от сверхвысокого напряжения - прямого удара молнии.

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

3. Класс «D» устанавливают, когда в доме находится особо чувствительная аппаратура.

Применять следует все 3 вида устройств, поскольку у них разный уровень чувствительности, и ставить по схеме один за другим.

Примечание. Если в доме не установлены ограничители, то во время грозы желательно отключать бытовую технику.

Например, при близком ударе молнии сработает ограничитель «В», а при прямом ударе - «С». Именно поэтому нельзя поставить устройство класса «D» и на этом успокоиться, считая, что дом защищен. Ограничители рассчитаны как на однофазные сети, так и на трехфазные. Ниже приведено несколько схем подключения ограничителей.

Применение ОПН различного класса для защиты аппаратуры, находящейся в доме

1 - шина уравнивания потенциалов; 2 - хомут уравнивания потенциалов; 3 - полоса заземления; 4 - ограничитель перенапряжения, устанавливается между фазовыми проводниками и проводом РЕ; 5 - ограничитель перенапряжения категории «C», устанавливается в распределительных шкафах на вводе; 6 - ограничитель перенапряжения категории «D», устанавливается непосредственно перед каждым электронным потребителем электроэнергии; 7 - ограничитель перенапряжения категории «B», устанавливается в разрез антенного фидера; 8 - ограничитель перенапряжения категории «D»; 9 - ограничитель перенапряжения категории «B» для защиты телефонных линий; 10 - ограничитель перенапряжения категории «B»

Как правильно защитить дом от грозового разряда – молнии? Молния – это природный разряд электричества. Если было бы возможно с аккумулировать мощный заряд молнии, это позволило обеспечить целый район города абсолютно бесплатной электроэнергией. Порой, в наш дом, может «прилететь» по внешним проводам, никем не прирученный, и не столь желанный, но столь губительный для нашей домашней электротехники «синий дракон» по имени молния и уничтожить посильно нажитое имущество — электротехнику. Именно поэтому, к защите дома от молнии необходимо относится серьезно и ответственно и не скупится на материальные расходы для установки молниеотвода, а также автоматики защиты.

Молниезащита бывает двух видов: внутренней и внешней защиты. В комплексе, два охранных контура молниезащиты будут обеспечивать сто процентную защиту вашего дома от молнии, которая защитит как электроаппаратуру, так и человеческую жизнь.

Защита от молнии – внешняя защита

К внешней защите относится молниеотвод, который, как правило, устанавливают на самой верхней точке дома, молниеотвод соединяют с проводником, который отводит разряд в землю. Было время, когда молниеотвод соединяли с заземлением контура дома. Как выяснилось, для отвода грозового разряда лучше использовать независимое заземление. Характеристики заземлителя молниеотвода должны быть такими же, как у контура заземления дома. Его также надо углублять в землю с помощью штырей не менее чем на 3 метра.

Для частных домов, молниеприемник часто устанавливают на крыше дома. Молниеприемники бывают:

а) тросовой молниеприемник, закрепленный на стойках торцевых частей дома и натянутый вдоль конька, либо используется высокий металлический штырь молниеприемника, который вертикально устанавливается и крепится с помощью растяжек или специального крепления рассчитанного для устойчивости к ветровым нагрузкам.

б) другой вариант, когда на крышу укладывают металлическую сетку из прутьев, сваренную с шагом ячеек 2–5 м, с сечением прутьев 8–10 мм².

в) третий вариант молниеотвода, используется, если кровля металлическая, тогда отпадает нужда в применении двух предыдущих конструкций. Требуется только заземлить кровлю с помощью проводника и отвести в землю.

Проводник, по которому грозовая энергия молнии пойдет к заземлителю, лучше использовать стальной, сечением не меньше 16 мм², или медный провод сечением не меньше 10 мм².

Это как раз тот случай, когда кашу маслом не испортить: чем толще будет провод, тем безопаснее. Металлический проводник, как правило, соединяется с молниеприемником сваркой или при помощи болтового соединения в случае медного проводника. Проводник опускается вдоль наружной стены дома, к которому он крепится при помощи специальных хомутов на невозгораемых материалах. Желательно, проводник молниеотвода уложить на глухой стене, вдали от входной двери и окон. Проводник молниеприемника не должен проходить по металлическим элементам (лестничных металлических перил, водопроводных и водосточных труб) и на расстоянии этих конструкций не ближе чем на 30 см.

Защита от молнии — внутренняя защита

Внутреннею защиту от молнии обеспечивают специальные модульные устройства, которые устанавливаются в схемах электрощитовых. Даже если молния непосредственно не попадает в наш дом, она может “прискакать” в виде импульсного сверхтока по внешним уличным проводам. Проводник, который принял импульс, может привести к катастрофическим последствиям домашнюю аппаратуру, подключенную к электрической сети. За фатальный исход дорогого оборудования придется платить самим, винить в этом будет некого. Как раз для защиты от таких ситуаций и существуют специальные модульные устройства - ограничители перенапряжения. Внутри щита (ВРУ), можно установить отличающихся по классификации ограничители перенапряжения (ОПН). Эти устройства по внешнему виду напоминают обычные модульные автоматические выключатели (ВА), только без рычага отключения.

Все, что надо знать про ограничители перенапряжения, - что они устанавливаются между фазой и заземлением или нулевым проводом и заземлением.

Принцип работы ограничителей перенапряжения

Какие ограничители перенапряжения нужно устанавливать для защиты от молнии?

Как видно из классовых назначений ограничителей перенапряжения, погашение импульсного перенапряжения происходит поэтапно. Недостаточно установить ограничитель перенапряжения только класса D и на этом успокоится. Последняя ступень способна погасить остатки, которые проскочили через В и С. Так, в одиночку он неспособен отвести сотни, а то и тысячи ампер. Какой вывод напрашивается из всего сказанного – необходимо устанавливать все три класса ограничителей перенапряжений — В, С, и D.

Активная молниезащита для частного дома

Активная молниезащита отличается от пассивного — своего предшественника, в том, что в него встроено электронное устройство, которое генерирует высоковольтные импульсы на конце молниеприемника. Искусственный лидер на большом расстоянии с помощью высоковольтных импульсов притянет к себе разряд молнии, и отводит ее в землю.

Активная молниезащита широко используется в области гражданского строительства, в частности строительства коттеджей. В наш век придается большое внимание эстетическому облику здания, поэтому, чтобы не испортить вид традиционными молниеприемниками некоторые обладатели домов используют активные молниеприемники. Преимущество объясняется просто: меньшее число молниеприемников и токоотводов - меньшее нарушение эстетики объекта

Молния всегда будила фантазию человека и стремление познавать мир. Она принесла на землю огонь, приручив который, люди стали могущественнее. Мы пока не рассчитываем на покорение этого грозного природного явления, но хотели бы «мирного сосуществования». Ведь чем совершеннее создаваемая нами техника, тем опаснее для нее атмосферное электричество. Один из способов защиты - заранее, с помощью специального имитатора, оценивать уязвимость промышленных объектов для тока и электромагнитного поля молнии.

Любить грозу в начале мая легко поэтам и художникам. Энергетик, связист или космонавт от начала грозового сезона в восторг не придет: слишком большие неприятности он обещает. В среднем на каждый квадратный километр территории России ежегодно приходится около трех ударов молний. Их электрический ток доходит до 30 000 А, а у самых мощных разрядов может превысить 200 000 А. Температура в хорошо ионизированном плазменном канале даже умеренной молнии может достигать 30000 °С, что в несколько раз больше, чем в электрической дуге сварочного аппарата. И конечно, это не сулит ничего хорошего многим техническим объектам. Пожары и взрывы от прямого попадания молнии хорошо знакомы специалистам. А вот обыватели риск подобного события явно преувеличивают.

Наконечник флагштока останкинской телебашни. Видны следы оплавленияВ реальности «небесная электрозажигалка» не столь уж эффективна. Представьте: вы пытаетесь развести огонь во время урагана, когда из-за сильного ветра трудно зажечь даже сухую солому. Еще мощнее воздушный поток от канала молнии: ее разряд рождает ударную волну, громовой раскат которой срывает и гасит пламя. Парадокс, но слабая молния пожароопаснее, особенно, если по ее каналу в течение десятых долей секунды (целая вечность в мире искровых разрядов!) протекает ток около 100 А. Последний мало чем отличается от дугового, а электрическая дуга подожжет все, способное гореть.

Впрочем, для здания обычной высоты попадание молнии — явление не частое. Опыт и теория показывают: она «притягивается» к наземному сооружению с расстояния, близкого к трем его высотам. Десятиэтажная башня соберет около 0,08 молний ежегодно, т.е. в среднем 1 удар за 12,5 лет эксплуатации. Дачный домик с мансардой — примерно в 25 раз меньше: в среднем владельцу придется «ждать» около 300 лет.

Но не будем и преуменьшать опасность. Ведь если молния ударит хотя бы в один из 300-400 поселковых домов, местные жители вряд ли сочтут это событие ничтожным. А есть объекты гораздо большей протяженности — скажем, линии электропередачи (НЭП). Их длина вполне может превысить 100 км, высота — 30 м. Значит, справа и слева каждая из них соберет удары с полос шириной по 90 м. Общая площадь «стягивания» молний превысит 18 км2, их число — 50 за год. Разумеется, стальные опоры линии при этом не сгорят, провода не расплавятся. В наконечник флагштока Останкинской телебашни (Москва) молнии ударяют примерно 30 раз в год, однако ничего страшного не происходит. А чтобы понять, чем они опасны для ЛЭП, нужно познать природу электрических, а не термических воздействий.

ГЛАВНАЯ СИЛА МОЛНИИ

При ударе в опору электрической линии ток стекает в землю через сопротивление заземления, которое, как правило, составляет 10-30 Ом. При этом даже «средняя» молния, с током 30 000 А, создает напряжение 300-900 кВ, а мощная — в несколько раз больше. Так возникают грозовые перенапряжения. Если они достигают мегавольтного уровня, изоляция ЛЭП не выдерживает и пробивается. Происходит короткое замыкание. Линия отключается. Еще хуже, когда канал молнии прорывается непосредственно к проводам. Тогда перенапряжение на порядок выше, чем при поражении опоры. Борьба с этим явлением и сегодня остается трудной задачей электроэнергетиков. Причем по мере совершенствования техники ее сложность лишь нарастает.

Останкинская телебашня выступила в роли молниеотвода, пропустив удар молнии на 200 м ниже вершиныЧтобы удовлетворить стремительно растущие потребности человечества в энергии, современные электростанции должны объединяться в мощные системы. В России сейчас функционирует единая энергетическая система: все ее объекты работают взаимосвязанно. Поэтому случайный выход из строя даже одной ЛЭП или электростанции может привести к серьезным последствиям, похожим на происшедшее в Москве в мае 2005 г. В мире отмечено немало системных аварий по вине молний. Одна из них — в США в 1968 г. нанесла многомиллионный ущерб. Тогда грозовой разряд отключил одну ЛЭП, и энергосистема не справилась с возникшим дефицитом энергии.

Неудивительно, что защите ЛЭП от молний специалисты уделяют должное внимание. По всей длине воздушных линий напряжением 110 кВ и более подвешивают специальные металлические тросы, стремясь сверху уберечь провода от прямого попадания. Их изоляцию максимально усиливают, сопротивление заземления опор предельно снижают, а для дополнительного ограничения перенапряжений используют полупроводниковые устройства, подобные тем, что защищают входные цепи компьютеров или высококачественных телевизоров. Правда, их сходство — только в принципе действия, рабочее же напряжение для линейных ограничителей исчисляется миллионами вольт — оцените масштабы затрат на защиту от молнии!

Часто спрашивают, реально ли спроектировать абсолютно молниестойкую линию? Ответ однозначный — да. Но тут неизбежны два новых вопроса: кому это надо и сколько будет стоить? Ведь если нельзя повредить надежно защищенную ЛЭП, то можно, например, сформировать ложную команду на отключение линии или просто разрушить низковольтные цепи автоматики, которые в современном исполнении построены на микропроцессорной технике. Рабочее напряжение микросхем с каждым годом снижается. Сегодня оно исчисляется единицами вольт. Вот где простор для молнии! И нет нужды в прямом ударе, ибо она способна действовать дистанционно и сразу на больших площадях. Главным ее оружием становится электромагнитное поле. Выше говорилось о токе молнии, хотя для оценки электродвижущей силы магнитной индукции важен и ток, и скорость его роста. У молнии последняя может превышать 2 . 1011 А/с. В любом контуре площадью 1 м2 на расстоянии 100 м от канала молнии такой ток наведет напряжение примерно вдвое выше, чем в розетках жилого дома. Не нужно большой фантазии, чтобы представить судьбу микросхем, рассчитанных на напряжение порядка одного вольта.

В мировой практике известно множество тяжелых аварий из-за разрушения цепей управления грозовым разрядом. В этот перечень попадают повреждения бортовой аппаратуры авиалайнеров и космических кораблей, ложные отключения сразу целых «пакетов» высоковольтных ЛЭП, выход из строя аппаратуры антенных систем мобильной связи. К сожалению, заметное место здесь занимают и «бьющие» по карману обычных граждан повреждения бытовой техники, все больше заполняющей наши дома.

ПУТИ ЗАЩИТЫ

Мы привыкли рассчитывать на защиту молниеотводами. Помните оду великого естествоиспытателя XVIII в., академика Михаила Ломоносова на их изобретение? Наш знаменитый соотечественник восторгался победой, говорил, что небесный огонь перестал быть опасным. Конечно, это приспособление на крыше жилого дома не даст молнии поджечь деревянный настил или другие горючие строительные материалы. В отношении же электромагнитных воздействий он бессилен. Совершенно безразлично, течет ли ток молнии в ее канале или по металлическому стержню молниеотвода, все равно он возбуждает магнитное поле и наводит за счет магнитной индукции во внутренних электрических цепях опасное напряжение. Для эффективной борьбы с этим молниеотвод обязан перехватывать канал разряда на отдаленных подступах к защищаемому объекту, т.е. стать очень высоким, потому что наводимое напряжение обратно пропорционально расстоянию до проводника с током.

Сегодня накоплен большой опыт использования таких конструкций разной высоты. Однако статистика не слишком утешительная. Зону защиты стержневого молниеотвода обычно представляют в виде конуса, осью которого он является, но с вершиной, расположенной несколько ниже, чем его верхний конец. Обычно 30-метровый «стержень» обеспечивает 99%-ную надежность защиты здания, если возвышается над ним примерно на 6 м. Добиться этого — не проблема. Но с увеличением высоты молниеотвода расстояние от его вершины до «прикрываемого» объекта, минимально необходимое для удовлетворительной защиты, стремительно нарастает. Для 200-метровой конструкции той же степени надежности этот параметр уже превышает 60 м, а для 500-метровой — 200 м.

В подобной роли выступает и упомянутая Останкинская телебашня: она не в состоянии защитить самое себя, пропускает удары молнии на расстоянии 200 м ниже вершины. Радиус зоны защиты на уровне земли для высоких молниеотводов также резко увеличивается: у 30-метрового он сопоставим с его высотой, у той же телебашни — 1/5 ее высоты.

Иными словами, нельзя надеяться, что молниеотводы традиционной конструкции сумеют перехватить молнию на дальних подступах к объекту, особенно если последний занимает большую площадь на поверхности земли. Значит, нужно считаться с реальной вероятностью грозового разряда в территорию электрических станций и подстанций, аэродромов, складов жидкого и газообразного топлива, протяженных антенных полей. Растекаясь в земле, ток молнии частично попадает в многочисленные подземные коммуникации современных технических объектов. Как правило, там находятся электрические цепи систем автоматики, управления и обработки информации - тех самых микроэлектронных устройств, о которых говорилось выше. Кстати, расчет токов в земле сложен даже в самой простейшей постановке. Трудности усугубляются из-за сильных изменений сопротивления большинства грунтов в зависимости от силы растекающихся в них токов килоамперного уровня, как раз свойственных разрядам атмосферного электричества. К расчету цепей с такими нелинейными сопротивлениями неприменим закон Ома.

К «нелинейности» грунта добавляется вероятность образования в нем протяженных искровых каналов. Ремонтные бригады кабельных линий связи хорошо знакомы с такой картиной. От высокого дерева на лесной опушке по земле тянется борозда, будто от сохи или старинного плуга, и обрывается точно над трассой подземного телефонного кабеля, который в этом месте поврежден - металлическая оболочка смята, изоляция жил разрушена. Так проявилось действие молнии. Она ударила в дерево, и ее ток, растекаясь по корням, создал в грунте сильное электрическое поле, сформировал в нем плазменный искровой канал. Фактически молния как бы продолжила свое развитие, только не по воздуху, а в земле. И так она может проходить десятки, а в особенно плохо проводящих ток грунтах (скальных или вечномерзлых породах) и сотни метров. Прорыв ее к объекту осуществляется не традиционным путем — сверху, а, минуя любые молниеотводы, снизу. Скользящие разряды вдоль поверхности грунта хорошо воспроизводятся в лаборатории. Все эти сложные и сильно нелинейные явления нуждаются в экспериментальном исследовании, моделировании.

Ток для рождения разряда может быть сформирован искусственным импульсным источником. Энергия около минуты накапливается в конденсаторной батарее, а потом за десяток микросекунд «выплескивается» в бассейн с грунтом. Подобные емкостные накопители есть во многих высоковольтных исследовательских центрах. Их габариты достигают десятков метров, масса — десятков тонн. Такие не доставишь на территорию электрической подстанции или другого промышленного объекта, чтобы в полном масштабе воспроизвести условия растекания токов молнии. Это удается разве что случайно, когда объект соседствует с высоковольтным стендом — например, в открытой установке Сибирского научно-исследовательского института энергетики импульсный генератор высоких напряжений размещен рядом с ЛЭП в 110 кВ. Но это, конечно, исключение.

ИМИТАТОР УДАРА МОЛНИИ

На деле же речь должна идти не об уникальном эксперименте, а о рядовой ситуации. В полномасштабной имитации тока молнии крайне нуждаются специалисты, поскольку только так можно получить достоверную картину распределения токов по подземным коммуникациям, измерить последствия воздействия электромагнитного поля на устройства микропроцессорной техники, определить характер распространения скользящих искровых каналов. Соответствующие испытания должны стать массовыми и производиться до ввода в эксплуатацию каждого принципиально нового ответственного технического объекта, как это давно делается в авиации, космонавтике. Сегодня нет иной альтернативы, кроме создания мощного, но малогабаритного и мобильного источника импульсных токов с параметрами тока молнии. Его макетный образец уже существует и успешно испытан на подстанции «Донино» (110 кВ) в сентябре 2005 г. Все оборудование разместилось в заводском прицепе от серийной «Волги».

Мобильный испытательный комплекс построен на основе генератора, который преобразует механическую энергию взрыва в электрическую. Этот процесс в основном хорошо известен: он имеет место в любой электрической машине, где механическая сила движет ротор, противодействуя силе его взаимодействия с магнитным полем статора. Принципиальное различие же состоит в исключительно высокой скорости выделения энергии при взрыве, быстро разгоняющего металлический поршень (лайнер) внутри катушки. Он за микросекунды вытесняет магнитное поле, обеспечивая возбуждение высокого напряжения в импульсном трансформаторе. После дополнительного усиления импульсным трансформатором напряжение формирует ток в испытуемом объекте. Идея этого устройства принадлежит нашему выдающемуся соотечественнику, «отцу» водородной бомбы академику А.Д. Сахарову.

Взрыв в специальной высокопрочной камере разрушает лишь катушку длиной 0,5 м и лайнер внутри нее. Остальные элементы генератора используют многократно. Схему можно настроить так, чтобы скорость роста и длительность формируемого импульса соответствовали аналогичным параметрам тока молнии. Причем его удается «вогнать» в объект большой длины, например, в провод между опорами ЛЭП, в контур заземления современной подстанции или в фюзеляж авиалайнера.

При испытаниях макетного образца генератора в камеру заложили всего 250 г взрывчатки. Этого достаточно для формирования импульса тока амплитудой до 20 000 А. Правда, для первого раза на столь радикальное воздействие не пошли — ток ограничили искусственно. При запуске установки раздался лишь легкий хлопок погашенного камерой взрыва. А проверенные затем записи цифровых осциллографов показали: импульс тока с заданными параметрами успешно был введен в молниеотвод подстанции. Датчики отметили скачок напряжения в различных точках контура заземления.

Ныне штатный комплекс в процессе подготовки. Он будет настроен на полномасштабную имитацию токов молнии и при этом разместится в кузове серийного грузовика. Взрывная камера генератора рассчитана на работу с 2 кг взрывчатки. Есть все основания считать, что комплекс окажется универсальным. С его помощью можно будет испытывать на устойчивость к воздействию тока и электромагнитного поля молнии не только электроэнергетические, но и другие крупногабаритные объекты новой техники: АЭС, телекоммуникационные устройства, ракетные комплексы и т.д.

Хотелось бы закончить статью на мажорной ноте, тем более, что для этого есть основания. Ввод штатного испытательного комплекса позволит объективно оценивать эффективность самых современных защитных средств. Тем не менее, какая-то неудовлетворенность все равно остается. Фактически человек снова идет на поводу у молнии и вынужден мириться с ее своеволием, теряя при этом немало денег. Применение средств молниезащиты приводит к увеличению габаритов и веса объекта, растут затраты дефицитных материалов. Вполне реальны парадоксальные ситуации, когда размеры защитных средств превышают таковые защищаемого конструктивного элемента. В инженерном фольклоре хранится ответ известного авиаконструктора на предложение спроектировать абсолютно надежный самолет: такую работу можно выполнить, если заказчик смирится с единственным недостатком проекта — самолет никогда не оторвется от земли. В молниезащите сегодня происходит нечто подобное. Вместо наступления специалисты держат круговую оборону. Чтобы вырваться из порочного круга, нужно понять механизм формирования траектории молнии и найти средства управления этим процессом за счет слабых внешних воздействий. Задача сложная, но далеко не безнадежная. Сегодня ясно, что молния, движущаяся от облака к земле, никогда не ударяет в наземный объект: от его вершины навстречу приближающейся молнии прорастает искровой канал, так называемый встречный лидер. В зависимости от высоты объекта он вытягивается на десятки метров, иногда на несколько сотен и встречает молнию. Конечно, это «свидание» происходит не всегда — молния может промахнуться.

Но вполне очевидно: чем раньше возникнет встречный лидер, тем дальше он продвинется к молнии и, значит, больше шансов на их встречу. Следовательно, нужно научиться «тормозить» искровые каналы от защищаемых объектов и, напротив, стимулировать от молниеотвода. Основание для оптимизма внушают те весьма слабые внешние электрические поля, в которых формируется молния. В грозовой обстановке поле у земли около 100-200 В/см — примерно такое же, как на поверхности электрического шнура утюга или электробритвы. Раз молния довольствуется такой малостью, значит столь же слабыми могут быть управляющие ею воздействия. Важно только понять, в какой момент и в каком виде они должны быть поданы. Впереди трудная, но интересная исследовательская работа.

Академик Владимир ФОРТОВ, Объединенный институт физики высоких температур РАН, доктор технических наук Эдуард БАЗЕЛЯН, Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского.

Где и когда ударит молния - предсказать невозможно. Жертвами становятся и отдыхающие на берегах озер и рек, и жители больших городов. Каждую минуту на планету обрушивается 2 сотни небесных разрядов. Часто - их даже не замечают.

Так, что же такое молния и есть ли защита от молнии? Молния – это искровой разряд электростатического заряда кучевого облака, сопровождающийся ослепительной вспышкой и резким звуком (громом). Молниевой разряд характеризуется большими токами, а его температура доходит до 300000 градусов. Во время грозы вам грозит сильнейшая опасность и поэтому обязательно надо знать и следовать некоторым правилам.

Зашита от молнии. Как действовать во время грозы?

Молния опасна тогда, когда вслед за вспышкой СРАЗУ следует раскат грома, а гром практически не имеет раскатов. В этом случае срочно примите меры предосторожности.

• Если Вы находитесь в сельской местности: закройте окна, двери, дымоходы и вентиляционные отверстия. Не растапливайте печь, поскольку высокотемпературные газы, выходящие из печной трубы, имеют низкое сопротивление. Не разговаривайте по телефону: молния иногда попадает в натянутые между столбами провода.
  Во время ударов молнии не подходите близко к электропроводке, молниеотводу, водостокам с крыш, антенне, не стойте рядом с окном, по возможности выключите телевизор, радио и другие электробытовые приборы.
• В открытом поле, особенно на возвышенных местах, при сильной грозе человек подвергается большой опасности. Если укрытия нет, и вы находитесь на открытом пространстве — согнитесь и прижмитесь к земле. Очень опасно во время грозы стоять в полный рост! Но просто ложиться тоже нельзя! Мокрая земля является отличным проводником, и поэтому, молния может ударить в почву. Постарайтесь укрыться в самом низком месте, будь то канава, овраг или небольшая ложбинка. Пещера или котлован также могут быть использованы как укрытие.
• Гроза застала в городе? Постарайтесь укрыться в жилом доме или общественном здании. В них есть надёжная молниезащита, установленная при строительстве.
  На павильонах остановок общественного транспорта молниеотвода нет, поэтому это сомнительная защита во время грозы. Если поблизости нет надёжного укрытия, присядьте на корточки под невысокими кустами. Сложите зонт. Вы изрядно промокните, но исключите возможность попадания в него электрического заряда. Лучше, если у вас в карманах не будет металлических предметов, а на вас – металлических украшений. Мобильный телефон в этом случае следует отключить.
• Хорошей защитой от молнии во время грозы является автомобиль. Если в автомобиле сухо, он сможет выдержать удар молнии, защитив Вас. Это наиболее безопасное место во время грозы. Металлический корпус машины защитит от молнии. Даже если молния ударит прямо в автомобиль, то уйдет в землю, не причинив вам никакого вреда. Остановитесь где-нибудь на стоянке или обочине дороги, выключите двигатель, закройте окна и, если это возможно, опустите автомобильную антенну. Вблизи стоянки не должно быть высоких деревьев и металлических опор.
• Потенциально опасны во время грозы мотоциклы и велосипеды. Их лучше уложить на землю, и отойти метров на 30. Ещё более опасное транспортное средство – это трактор в открытом поле. Водителю трактора во время грозы может быть дан только один совет: выключить двигатель, отойти от транспортного средства на расстояние не менее 50 метров и лечь на землю.
• Если Вы находитесь в лесу, то укройтесь на низкорослом участке леса. Не укрывайтесь вблизи высоких деревьев, особенно сосен, дубов и тополей.
• Если гроза застала вас на водоеме, ни в коем случае не купайтесь во время грозы! Это очень опасно и, поэтому, категорически запрещено. Не находитесь в водоеме или на его берегу. Отойдите от берега, спуститесь с возвышенного места в низину.

По мнению врачей, если молния угодила прямиком в человека, летального исхода не избежать, а когда заряд попадает в человека частично, то его жертва может отделаться ожогами. Если пострадавший не дышит, нужно сделать искусственное дыхание. До приезда «скорой» его лучше никуда не переносить, потому что при ударе молнией встречаются травмы позвоночника и неполные переломы, и при неправильной транспортировке могут возникнуть осложнения.

Помните об этих несложных правилах, они могут помочь вам избежать больших неприятностей!