Как уберечься от молнии: советы спасателей. Как организовать молниеотвод в вашем доме

Главная

Септик

На этой неделе непогода накрыла всю Украину. Сотни населенных пунктов остались без света. Летние грозы особенно опасны из-за ударов молний. Как вести себя во время грозы, чтобы не стать жертвой молнии – читайте далее в статье.

В сети появились впечатляющие видео, как 14 июня в Киеве. А в прошлом году от попадания молний в Украине погибло несколько человек.

Хотя смерть от молнии – очень редкое явление, следует иметь хотя бы базовые знания, как защитить себя от удара молнии в условиях, когда непогода застала вас врасплох. Запомните эти простые правила, возможно когда-то они спасут жизнь вам или вашим знакомым.

1. Если ваш автомобиль рядом – немедленно садитесь в него, переждите грозу там

2. Если вы в лесу – спрячьтесь под большие кусты.

3. Если нет кустов – прячьтесь под деревья средней высоты. Лучше всего для этого подходят бук, клен и береза. Не стоит прятаться под дуб, сосну, ель и тополь – в эти деревья молния попадает чаще всего.

Лучше переждать грозу в доме или в автомобиле

4. Не прячьтесь под одиночные и высокие деревья, молния попадает в высокие объекты.

5. Не становитесь возле повреждённых и обгоревших деревьев, молния часто ударяет в одно и то же место.

6. Отойдите от металлических предметов (мангал, велосипед, мопед, металлические ворота) на расстояние не менее 30 м.

7. Остановитесь, если вы бежите, едете на велосипеде или мотоцикле.

8. Не стойте на крышах домов.

9. Не ходите по полю, найдите низину, овраг или углубление в земле, так, чтобы ваше тело не выступало над поверхностью. Важно найти сухое место, ведь влага сильнее проводит электричество. Cядьте, немного наклоните голову, чтобы она не была выше предметов, которые расположены рядом.

10. Если вас двое, трое или более – не кучкуйтесь в укрытии вместе, а прячьтесь поодиночке, разряд проходит через контакт человеческих тел.

11. Не плавайте в в открытом водоеме.

12. Не используйте зонты с металлическими ручками.

13. Не используйте электронными устройствами (мобильные телефоны, планшеты и т.д.), можно отключить.

14. Снимите с себя все металлические предметы.

15. Если вы дома – закройте окна. Не делайте сквозняков, ведь они притягивают шаровую молнию, как магнит.

Во время непогоды стоит отложить гаджеты в сторону

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.

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.

О том, как вести себя во время грозы, рассказывают специалисты Тюменской областной службы экстренного реагирования.

Самым опасным районом во время грозы является сельская местность: 90% всех несчастных случаев, связанных с ударом молнии, происходят именно здесь. Часто жертвами молнии становятся отдельно стоящие предметы. Отсюда первое правило - никогда не прячьтесь от молнии под одиноко стоящим деревом, под высокими металлическими конструкциями. Помните, молния никогда не попадает в кустарник, лучше спрячьтесь под ним. 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.

Вода и берега водоемов - также зона риска. Если купаетесь, срочно возвращайтесь на берег, если рыбачите в лодке - сматывайте удочки: «небесное электричество» бьет не в воду, а в возвышающиеся над ее поверхностью предметы. Не находитесь в водоеме или на его берегу. Отойдите от берега, спуститесь с возвышенного места в низину. Если вы на яхте или паруснике, плывите к ближайшему берегу. Во время грозы рекомендуется находиться как можно дальше от воды. Удар молнии в воду поражает все в радиусе 100 метров.

Не разбивайте палатку на открытом берегу водоема, чтобы не стать мишенью молнии. А самое безопасное место - сухие равнины, ложбины между холмами.

Несколько наблюдений:

- ветер не даст вам представления о том, куда движется гроза, грозы, вопреки всякой логике, часто идут против ветра;

- расстояние от грозы до места вашей дислокации можно определить по времени между вспышкой молнии и раскатом грома (1 секунда - расстояние 300-400 метров, 2 секунды - 600-800 метров, 3 секунды - 1000 м);

- перед началом грозы обычно наблюдается либо отсутствие ветра, либо ветер меняет направление.

Определив, что гроза движется по направлению к вам, посмотрите, насколько ваше положение безопасно:

Мокрая одежда и тело повышают опасность поражения молнией;

Ваш лагерь, расположенный на выпуклых формах рельефа, имеет больше шансов стать объектом поражения, нежели лагерь, расположенный в низине;

Ищите укрытия в лесу среди невысоких деревьев, в горах - в 3-8 метрах от высокого «пальца», на открытой местности - в сухой ямке, канаве;

Песчаная и каменистая почва безопаснее глинистой;

Признаки повышенной опасности: шевеление волос, жужжание металлических предметов, разряды на острых концах снаряжения.

Запрещено:

Укрываться возле одиноких деревьев;

Прислоняться к скалам и отвесным стенам;

Останавливаться на опушке леса;

Останавливаться возле водоемов;

Прятаться под скальным навесом;

Бегать и суетиться;

Передвигаться плотной группой;

Находиться в мокрой одежде;

Находиться возле костра;

Хранить металлические предметы в палатке;

Использовать электроприборы в доме.

Если во время грозы на стенах вашей комнаты наблюдаются оранжевые отсветы, и вам кажется, будто за окном развели костер, не верьте этому «кажется». Немедленно захлопните форточку (если еще не поздно) - к вам в гости просится шаровая молния. Шаровая молния - это шар диаметром от 10 до 35 сантиметров (хотя встречаются и километровые экземпляры). Зачастую имеет желтый цвет (не исключаются и другие цвета: если даже нечто перед вами имеет расцветку мухомора, никто не гарантирует, что это - не шаровая молния), температура его от 100 до 1000 градусов, а вес 5-7 граммов (даже у километрового).

Шаровая молния просто обожает проникать в дома. Предметы и препятствия на пути ее нисколько не пугают, ученым пока не известно, являются ли стекла надежной защитой от шаровой молнии. Она умеет проникать в различные щели (розетки, домофоны и т.д.), но вот вылетать из них она, скорее всего, не будет. Срок жизни этого явления науке также не известен (может от 30 секунд до нескольких дней). Смерть шаровой молнии сопровождается взрывом, распадением на несколько частей или постепенным угасанием.

Тактика поведения при столкновении с шаровой молнией:

Если в помещении шаровая молния, не хватайтесь за железные предметы (на всякий случай);

Не пробуйте убежать от нее;

Не пытайтесь выгнать ее веником, книгой и т.д.;

Стойте, не двигаясь, сохраняйте спокойствие (ничего страшного не должно при этом произойти);

Если рядом дверь, а шаровая молния на приличном расстоянии от вас, укройтесь за дверью.

Куда спрятаться от молнии.

1. Как вести себя на открытом воздухе?

Сторонитесь деревьев, заборов и металлических ограждений. Если Вы находитесь в лесу, то укройтесь на низкорослом участке леса. Не укрывайтесь вблизи высоких деревьев, особенно сосен, дубов и тополей. И не ложитесь на землю, подставляя электрическому току все свое тело. Сядьте на корточки, обхватив голени руками. Все предметы, в которых есть металлические детали (в том числе украшения), должны находиться на расстоянии не менее пяти метров. Если вы купаетесь, нужно немедленно выйти из воды.

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.

Разделы