Исторически так сложилось, что в России не принято придавать большого значения защите от грозы, вернее - это никогда не было проблемой. Вспомните, часто ли вы видели громоотводы на деревенских домах или коттеджах? Да, устанавливают громоотводы по техническим нормам над промышленными производствами, на энергоподстанциях, на заводских трубах, вышках, высоких зданиях, на антеннах базовых станциях мобильной связи. И, в общем-то, всё. Насчёт своего жилья люди обычно не «заморачиваются». Может потому, что зима у нас дольше, забот других больше, или атмосфера у нас спокойнее, чем, к примеру, в Америке, где только одни торнадо чего стоят, не говоря уж о грозах, от которых там народу гибнет в тысячи раз больше, чем от акул…

Но статистика - неумолимая вещь, и пожаров от ударов молний хватает, и жертвы бывают, телевизоры и электрооборудование перегорают, или начинаешь задумываться, как защитить себя, своих близких, когда собираешься в поход, в горы или на водоём. Или просто - всю жизнь прожил в доме, а теперь решил поставить наружную антенну для Интернета и вдруг задумался - нужно ли её заземлять, как защититься от молнии.

По некоторым данным, грозовая активность в ближайшем будущем будет усиливаться, грозы будут нередки даже зимой.

Разберём несколько моментов, связанных с защитой от молний. Если установка молниеотвода - самостоятельная или платная - довольно распространённая тема в Интернете, то вопросы о необходимости установки и связанные с ней опасности, не очень ясно осознают жители, находящиеся или проживающие вне городов.

Куда ударяет молния

Молния - это разряд статического электричества между разноимённо заряженными поверхностью земли и облаком. Место пробоя или выбор места удара молнии определяется электропроводностью почвы и высотой объектов. Электропроводность зависит от увлажнённости почвы и способности удерживать влагу. Поэтому молнии чаще ударяют в глинистые почвы, в овраги, берега рек и озёр, в места скопления подземных вод. И чем выше объект, тем больше вероятность попадания в него молнии.

Отсюда и принцип молниеотвода – обеспечить наилучшие условия для попадания в него молнии.

Молниеотвод и связанные с ним заблуждения

Бытует заблуждение среди людей, особенно среди сельских жителей и дачников, что:

1) молниеотвод лучше не ставить, чтобы не притягивал молнии со всей округи;

2) антенну (телевизионную, спутниковую или GSM) лучше не заземлять, чтобы, наоборот, не притягивала молнию, если, де мол, притянет, то расплавится всё, любой провод, и всё сгорит. Или, наоборот, заземлить, и она будет защищать дом и огород, как молниеотвод…

Во-первых, действительно, молниеотвод - это устройство, которое всегда привлекает молнию. Но он защищает свою территорию, радиус которой примерно равен его высоте. Именно в этом заключается принцип защиты - если молнии суждено попасть в эту территорию, то она попадёт именно в её центр - в молниеотвод, а все объекты, находящиеся внутри этой территории, будут защищены. То есть если молния вознамерилась попасть в ваш дом, то она ударит в молниеотвод, а не в крышу, стену, дерево или человека рядом с домом. С другой стороны, ваш молниеотвод совершенно не защитит соседский дом, если расстояние до него будет больше зоны защиты. Если суждено, молния поразит его, как будто вашего молниеотвода не существует вовсе.

Во-вторых, молниеотвод должен быть выше самого высокого объекта на охраняемой территории. Поэтому если есть антенна, она должна находиться внутри конуса защиты молниеотвода. Это означает, что антенну целесообразно располагать на мачте молниеотвода, ниже его самого.

В-третьих, если молниеотвод сделан по правилам, то он, при попадании молнии, уведёт энергию в землю. При этом сами молниеприёмник и токоотвод могут раскалиться докрасна, этот факт надо учитывать при выборе способа крепления их к деревянному дому.

Как защитить дом

Молниеотвод состоит из трёх основных частей - молниеприёмника, отводящего провода, заземлителя.

Рис. 1 Устройство простейшего молниеотвода: 1 - молниеприёмник; 2 - токоотвод; 3 - заземлитель

Молниеприёмник может быть стержневой, как на рис. 1, или тросовый, как на рис.4.

Основные принципы и правила

1. Сечения молниеприёмника, отводящего провода, заземлителя должны быть не менее указанных в таблице:

Сечение, мм2	молниеприёмника	токоотвода	заземлителя
сталь	50	50	80
Алюминий	70	25	не применяется
Медь	35	16	50

Примечание:

• Указанные значения могут быть увеличены в зависимости от повышенной коррозии или механических воздействий.

Токоотвод должен располагаться на расстоянии не менее 0,1 м от стены дома, если дом деревянный.

Указанные выше значения выведены на основании многолетних научных исследований и обеспечивают отвод энергии молнии в землю при прямом попадании.

2. Соединения должны быть сделаны сваркой или на болтах (рис. 2) с достаточной площадью контакта. Действительно, если место соединения будет иметь сопротивление больше суммарного сопротивления всего молниеотвода, то молния при попадании может свернуть на какой-либо близкорасположенный более проводящий объект, будь то стена, печная труба, дерево или человек.

Отсюда и опасность такого молниеотвода - он притягивает молнию, но «прямого пути» ей не обеспечивает.

Рис. 2 Примеры болтового соединения.

3. Заземлитель должен быть отдельным и не связанным с земляными шинами домашней электросети. Более подробно о площади заземлителя и глубине его укладки в зависимости от типа почвы можно найти в книге .

4. Область защиты стержневого молниеотвода представляет собой конус, вершина которого совпадает с остриём молниеприёмника, а основание имеет радиус, равный его высоте. Поэтому если рядом с домом имеется дерево, которое значительно выше дома, то правильнее заземлять дерево, то есть ставить молниеотвод на дерево, при этом молниеприёмник необязательно должен быть на самой макушке дерева, лишь бы конус его защиты был выше крыши дома и всего, что на ней находится.

Пример защиты дома стержневым молниеотводом

Рис. 3 Стержневой молниеотвод дома: 1 - молниеприёмник; 2 - мачта; З - токоотводящий провод; 4 - заземлитель; 5 - место подсоединения токоотвода к заземлителю; 6 - фундамент; 7 - уровень почвы.

Пример защиты дома тросовым молниеотводом

Рис. 4 Устройство тросовой молниезащиты: 1 - стержневые молниеприёмники; 2 - тросовые молниеприёмники; 3 - стойки; 4 - токоотвод; 5 - заземлитель; 6 - зона увлажнения.

Следует помнить, что сечение троса должно быть не меньше указанного в таблице для молниеприёмника, чтобы молния не «свернула».

5. Внешняя УКВ- или СВЧ-антенна (телевизионная, GSM, Wi-Fi, спутниковая) должны иметь заземлённую мачту и свой молниеотвод (рис. 5).

Рис. 5 Примеры защиты антенн.

Возможна установка антенны на мачту молниеотвода, при этом антенна не должна выходить за конус защиты. Использовать заземлённую антенну в качестве молниеотвода как предлагается, например, на сайте gelezo.ws.md - недопустимо!

Кабель снижения должен быть снабжён заземлённым разрядником.

Рис. 6 Антенный разрядник.

Разрядники для антенн могут быть, например, такие, как на www.radiolab.ru .

Кабели от уличных видеокамер можно снабжать разрядниками при вводе их в дом.

LAN-кабель можно включать через такое устройство защиты, как на info-sys.ru , или, как и телефонный кабель, можно включать через сетевой фильтр, снабжённый такими разъёмами, например Power Cube Garant Power Cube Garant , этот фильтр можно (и нужно) использовать для включения компьютеров и аудио– видеоаппаратуры для защиты от импульсных помех.

Ограничители импульсного напряжения силового кабеля, устанавливаемые во входном электрощитке, могут быть, например, такие, как на team-torg.ru и electrotehprom.ru .

Проводка в доме должна иметь земляной провод, розетки должны иметь земляной контакт. Земляной провод, а также провод, подсоединённый к водопроводной трубе, должны быть соединены на одну земляную шину, к которой присоединен контур заземления, не связанный с заземлителем молниеотвода.

Литература

1. СО 153-34.21.122-2003 ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ;

2. РД 34.21.122-87 ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

3. Разъяснение Управления по надзору в электроэнергетике Ростехнадзора о совместном применении…

5. Василий Назаров. Телевизионные антенны

6. А. Митра. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли.

Александр ПЛАТОНОВ

Молния — это гигантский электрический разряд в атмосфере со средней скоростью распространения 150 км/с и силой тока доходящей до 200000 Ампер, а температура плазмы в молнии достигает 10000 градусов.

Разряд чаще всего происходит между облаками, но иногда молния поражает строения, высокие деревья и очень редко- людей.

Молния всегда попадает в самые высокую точку- дом, дерево и т. п. При попадании молнии в здание происходят возгорания, разрушения и замыкания в электропроводке. Что бы избежать всего этого используется . Она обязательна должна быть сделана на самых высоких строениях или всех домах, стоящих отдельно на открытой местности или возвышенностях.

Молниезащита состоит :

• из внешней , отводящей прямой удар в землю;
• и внутренней , защищающей электропроводку и бытовую технику от перенапряжений возникающих при ударах молнии не только в дом, но и рядом. Например, в воздушные линии (ВЛ) электропередач.

Защита от перенапряжений в доме.

Для защиты от перенапряжений на подстанциях и ВЛ применяются разрядники и ограничители перенапряжений, а в частных домах в электрощит устанавливаются УЗИП — устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Они бывают однофазные однополюсные для вводов на 220 Вольт- на верхний контакт подключается фаза, а на нижний- заземляющий проводник. Либо двухполюсные, у которых на дополнительный верхний контакт подключается еще и нулевой проводник.
Для щитов на 380 вольт понадобится 3 фазный УЗИП, у которого на три верхних контакта подключается 3 фазы.

Принцип работы УЗИП прост. При возникновении в фазе перенапряжений- их сопротивление падает и энергия импульсов отводится в землю. При нормальном напряжении их сопротивление достаточно велико.

Подключается УЗИП в электрощите первым на вводе в дом, а после него уже подключается электросчетчик и автоматы.

Принцип подключения очень прост — на контакт с эмблемой заземления садится заземляющий проводник, а на фазный контакт- фаза (или три для 380 Вольт). С этого же контакта они уходят на счетчик или вводной автомат. Желательно провод оставить цельным- согните его пополам, зачистите изоляцию на глубину контакта и, не раскусывая, закручивайте. Только следите, что бы не зажалась изоляция.

Существуют и отдельные специальные устройства для защиты телевизионных, телефонных и компьютерных сетей.

Монтаж и устройство молниезащиты.

Для защиты дома от прямого поражения молнией служит внешняя молниезащита, состоящая из:

1. Молниеприемника , который принимает на себя прямой удар. Изготавливается из металлического прута или стержня.
2. Токоотвода , отводящего ток молнии в землю. Делается из медного проводника или стальной проволоки в диаметре не менее 6 миллиметров.
3. Заземлителя , находящегося в земле. Изготавливается из арматуры диаметром от 16 миллиметров, которая забивается в землю, по возможности как можно глубже. В идеале забить несколько глубиной не менее 3 метров. Учитывайте, что бы достичь максимальной эффективности, расстояние между заземлителями должно быть не менее их длины. Помните , что они должны находится от входа в дом не ближе 5, а лучше 7 метров и не менее 1.5 метра от стен дома. При грозе не подходите ближе 10 метров к местам, в которых забиты заземлители.

Молниезащита кровли.

Если в вашем доме металлическая крыша, тогда ее необходимо обязательно соединить при помощи сварки, болтов с заземлителями. При этом отдельными молниеприемниками оборудуются любые выступающие не металлические элементы на крыше, например труба.

При монтаже молниезащиты крыш необходимо придерживаться следующих обязательных правил :

• Подложка под крышей должна быть из несгораемого материала, потому что при ударе молнии металл раскаляется до высоких температур с оплавлением, что может вызвать возгорание кровли.
• Все металлические элементы должны иметь между собой надежную электрическую замкнутую связь. При удалении их друг от друга используйте медные перемычки.
• Во многих случаях для металлической кровли более безопасным, быстрым и не дорогим будет установка стержневых или тросовых молниеприемников.

Монтаж молниезащиты на частном доме.

Наружную молниезащиту дома легко сделать своими руками. Вам понадобится металлический штырь для молниеприемника, медный провод или стальная проволока для токоотвода, арматура для заземлителя, а так же сварочный аппарат, болты, хомуты или скобы для соединений и крепления. В земле все соединения делайте только сваркой с нанесением на них защиты от коррозии.

Надежный громоотвод на дачном участке позволит не только защитить человека от поражения молнией, но и дом от возгорания, особенно если он деревянный. Состоит хорошая система молниезащиты из заземлителя, токоотвода и молниеприемника. Далее мы расскажем читателям о том, какими должны быть все элементы системы и как сделать громоотвод в частном доме своими руками!

Принцип работы системы

Для начала разберемся с тем, как работает молниезащита частного дома и что нужно для ее создания. Наглядно увидеть все составляющие элементы системы Вы можете на данной схеме:

Как Вы уже поняли, металлические стержни на крыше являются молниеприемниками, которые отводят опасный разряд на землю через токоотвод и специальное заземление.

Бытует мнение, что если рядом с домом установлена телефонная вышка, можно не делать громоотвод в частном доме. Это неправильно, т.к. лучше потратить чуть-чуть времени и обеспечить себе полную защиту от удара молнией. Чтобы Вы знали, каким должен быть молниеотвод и как его правильно сделать своими руками, ниже мы по отдельности рассмотрим особенности выбора каждого из элементов системы.

Краткий обзор по монтажу молниезащиты

Составляющие элементы защиты

Молниеприемник

Основная задача – правильно подобрать молниеприемник, который должен обеспечить полную защиту дачного домика в зоне своего действия. На сегодняшний день в качестве приемника молнии может выступать штырь, сетка, трос либо сама крыша. Подробно рассмотрим особенности применения каждого из вариантов в частном доме.

Что касается штыря, существуют уже готовые изделия от производителей, которые имеют подходящую форму и удобное крепление. Как правило, металлом изготовления молниеприемника является медь, алюминий либо сталь. Наиболее подходящим и эффективным является первый вариант. Для того, чтобы приемник хорошо справлялся со своей задачей, его сечение должен быть не меньше 35 мм 2 (если медь) либо 70 мм 2 (стальной стержень). Что касается длины стержня, в бытовых условиях рекомендуется применять приемники длиной от 0,5 до 2 метров. Штыри удобно использовать для того, чтобы сделать громоотвод на садовом домике, бане либо другой, небольшой постройке.

Металлическая сетка также может продаваться в уже готовом виде. Как правило, сетчатый молниеприемник представляет собой ячеистый каркас из арматуры, толщиной 6 мм. Размер ячеек может составлять от 3 до 12 метров. Чаще всего такой вариант молниезащиты используется в многоквартирных домах и больших зданиях, к примеру, торговых центрах.

Трос более практичен в домашних условиях и справляется с задачей лучше, чем сетка. Чтобы сделать громоотвод в частном доме с помощью троса, нужно растянуть его вдоль крыши (по коньку) на деревянных брусках, как показано на фото ниже. Минимальный диаметр троса для молниезащиты здания должен быть 5 мм. Как правило, такой вариант используют, если хотят своими руками сделать молниеотвод на доме с шиферной крышей.

Ну и последний вариант – кровля в качестве приемника, может использоваться в том случае, если крыша жилого дома крыта профнастилом, металлочерепицей либо другим металлическим кровельным материалом. При таком варианте громоотвода к крыше предъявляются два важных требования. Во-первых, толщина металла должна быть не менее 0,4 мм. Во-вторых, под кровлей не должно быть легковоспламеняющихся материалов. Сделать громоотвод в частном доме с металлической крышей можно намного быстрее и при этом сэкономив на покупке специальных молниеприемников.

Обращаем Ваше внимание на то, что если Вы будете использовать сетку, ее монтаж должен осуществляться на высоте не менее 15 см над самой крышей!

Токоотвод

Заземлитель

Ну и последний элемент громоотвода – заземляющий контур. Чтобы не делать материал слишком объемным, мы выделили под данный вопрос отдельную статью – . Рекомендуем ознакомиться с информацией, чтобы Вы знали все тонкости данного этапа.

Вкратце можно сказать, что контур заземления должен находиться рядом с домом, но не в прогулочной части участка, а, наоборот, ближе к ограждению. Отвод заряда на землю осуществляется металлическими стержнями, закопанными в почву на глубину 0,8 метров. Все стержни лучше размещать по схеме треугольник, которая как раз и показана на фото:

Итак, с составляющими элементами молниезащиты на крыше мы ознакомились, теперь рассмотрим, как правильно сделать громоотвод своими руками.

Надежный громоотвод на даче — видео урок по созданию

Инструкция по изготовлению

Чтобы Вам было понятнее, как самому собрать систему громоотвода частного дома в единое целое, предоставляем пошаговую инструкцию с фото примерами.

15. Перенапряжения прямого удара молнии
Перенапряжениями специалисты называют любые кратковременные повышения напряжения в электрической сети над его номинальным уровнем. Здесь будут рассмотрены перенапряжения, которые вызывает ток молнии в месте удара. Самая простая ситуация – молнию принимает на себя специально установленный стержневой молниеотвод . Ее ток I через молниеприемник, а затем через токоотводы попадает в заземлитель и растекается в земле. При этом на сопротивлении заземления R з выделяется напряжение U R = I молR з. Это очень большое напряжение. Например, при I мол = 100 кА и R з = 10 Ом получается U R = 1000 кВ. Примерно такой же потенциал будет в ближайшей окрестности молниеотвода. Расположенный поблизости подземный кабель примет почти тот же потенциал и, если не предпринять специальных мер, передаст его по кабелю внутрь защищаемого здания, вызвав повреждения изоляции, которую на столь высокое напряжение не рассчитывали.
Воспроизведем еще одну практически значимую ситуацию, положив, что металлическая мачта молниеотвода одновременно выполняет функцию осветительной мачты и потому на ней крепятся изоляторы воздушной линии, питающей светильники. Потенциал мачты в месте крепления изоляторов светильников заметно выше, чем U R, потому что к падению напряжения на заземлителе добавляется падение напряжения на индуктивности мачты (или шин токоотводов, которые по ней проложены, если сама мачта непроводящая). Амплитуда напряжения на индуктивности L равна U L = L (di /dt )max, где выражение в скобках определяет скорость роста тока на фронте импульса. В оценке на усредненную длительность фронта импульса первого компонента молнии T f » 5 мкс для тока 100 кА, легко получить (di /dt )max » I мол/T f = 2´1010 А/с, что для индуктивности L = 30 мкГн (мачта высотой ~ 30 м) дает U L = L (di /dt )max = 600 кВ. Суммарная величина U мол = U R + U L возрастает, таким образом, в разобранном примере до 1600 кВ. Силовой провод находится под потенциалом осветительной сети (220/380 В), пренебрежимо малым по сравнению с U мол и потому практически все напряжение U мол действует на изоляцию силовой цепи относительно земли, в итоге перекрывая ее. Это типичный пример грозовых перенапряжений, в равной степени опасных и для низковольтных сетей, и для линий электропередачи высокого напряжением, где в роли молниеприемка выступает опора или молниезащитный трос линии.

16. Индуцированные перенапряжения от молнии
Это самый распространенный вид перенапряжений, за который ответственно электромагнитное поле молнии. Здесь будут рассмотрены раздельно последствия изменения магнитного поля тока молнии и последствия изменения заряда, который несет ее приближающийся к земле канал. В какой-то степени такое деление - условность, но оно удобно для понимания сути дела.
Если произвольный контур помещен в магнитное поле B , в контуре будет наведена ЭДС магнитной индукции U маг » -S A B. Здесь A B =dB /dt – скорость изменения магнитного потока, пронизывающего контур площади S . Пусть, например, этот контур создан витой парой проводов, которые связаны с компьютером. Тогда площадь контура очень небольшая, порядка 10 см2 (в расчете на кабель длиной в несколько метров). Допустим еще, что провод проходит по стене здания на расстоянии r = 1 м от параллельного ему токоотвода, который отводит к земле ток молнии от молниеприемника. Оценка сверху должна ориентироваться на предельно высокую скорость роста тока молнии A I. Действующие нормативные документы дают величину A I = 2∙1011 А/с. Скорость роста магнитного поля, которая ей соответствует, оценивается при этом как
,
где m0 = 4p∙10-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума. В рассматриваемом примере Ф B » 4∙104 В/м2 и потому U маг = -SФ B » 40 В. Не нужно пренебрегать полученной величиной. Она на порядок больше рабочего напряжения современной микросхемы и наверняка выведет ее из строя.
Представление о другом масштабе перенапряжений дают оценки для воздушной линии электропередачи напряжением 220/380 В. Здесь площадь контура, образованного фазным и нулевым проводом, легко достигает S = 100 м2. Даже далекий разряд молнии на расстоянии r = 100 м от линии приводит к средней скорости роста магнитного поля ~ 400 В/м2, что дает перенапряжение в 40 кВ, безусловно опасное и для трансформаторной подстанции, и для потребителей, которых та питает.
Теперь об электрической составляющей наведенных перенапряжений. Ее вызывает переток электрического заряда, который наводится электрическим полем канала молнии. Заряд канала достаточно весом, около 0,5 – 1 мКл на метр длины, а электрическое поле у земли, которое он возбуждает, многократно превышает электрическое поле грозового облака. Оценка по полю E мол » 200 кВ/м не будет слишком завышена. Теперь представьте проводник электрической емкостью С , размещенный над землей на высоте h. Это может быть горизонтальный провод (например, антенна), металлический корпус какого-то агрегата или строительная конструкция. Потенциал от заряда канала молнии на высоте h , равный U эл = E молh наведет на заземленном проводнике заряд Q = CU эл. После удара молнии в землю, когда заряд ее канала нейтрализуется и электрическое поле исчезнет, наведенный заряд стечет с проводника в землю через сопротивление заземления R з. Ток от стекающего заряда создаст падение напряжения на проводнике относительно земли. Это может быть вполне приличная величина. Если, например, емкость объекта С = 1000 пкФ (провод длиной около 100 м), а высота его подвеса над землей 5 м, то заряд канала молнии создаст в месте размещения объекта потенциал до U эл = E молh = 200´5 = 1000 кВ. В результате наведенный заряд составит Q = CU эл = 10-9´106 = 10-3 Кл. При нейтрализации приземной части канала молнии за время Dt » 1 мкс по сопротивлению заземления проводника протечет ток i » Q /Dt = 10-3/10-6 = 1000 А, который вызовет падение напряжения на сопротивлении заземления R з = 10 Ом величиной U эл = i R з = 1000´10 = 10 кВ.

17. Занос высокого потенциала
Таким не очень благозвучным и не вполне точным словосочетанием в молниезащите называют доставку к защищаемому объекту высокого напряжения по его надземным или подземным коммуникациям. Сам объект может быть и не поражен прямым ударом молнии. Пусть молния ударила совсем в другое сооружение, в дерево или даже просто в землю. Растекаясь в земле у пораженного сооружения, ток молнии создаст на его заземлителе очень высокое напряжение, U з = I молR з. (например, 300 кВ, если R з.= 10 Ом, а I мол = 30 кА). Под таким же напряжением окажется металлическая оболочка коммуникации, которая связана с тем же заземлителем. Волна напряжения может распространяться по коммуникации на большие расстояния, особенно если она наземная и лишена утечки электрических зарядов в грунт. Но даже в подземном исполнении коммуникация может транспортировать волну высокого напряжения на расстояние в сотни метров без заметного затухания. Чем выше удельное сопротивление грунта, тем эффективнее транспортировка. В скальных породах, сухих песках или в вечно мерзлых грунтах занос высокого потенциала опасен даже на расстояниях в несколько километров.
Особо нужно отметить современные коммуникации из пластиковых труб. Внутри их электролит (в крайнем случае, водопроводная вода, которая тоже неплохой проводник), вполне пригодный для передачи высокого напряжения на большие расстояния, а снаружи высококачественный пластик, надежно изолирующий внутреннюю среду от контактов с грунтом. Теперь утечки в грунт исключаются полностью. Легко представить последствия прикосновения человека к металлическому крану такой коммуникации. Стоя на земле с нулевым потенциалом, он окажется под действием полного напряжения, которое передано по жидкостному каналу.

18. Перенапряжения от распространения тока молнии по металлически оболочкам
Металлическую оболочку обоснованно считают эффективным электромагнитным экраном. Тем не менее, она не спасает полностью от воздействия грозовых перенапряжений на внутренние цепи. Причину возникновения перенапряжений легко уяснить из следующего рисунка. Ток молнии, распространяясь по металлической оболочке длины l , создает на ней падение напряжения DU = R 0lI , где R 0 – сопротивление

единицы длины оболочки. Внутренний провод связан с началом оболочки и потому принимает ее потенциал в месте контакта. Потенциал другого конца оболочки из-за падения напряжения от тока I на DU меньше. Значит между концом внутреннего проводника и концом оболочки будет действовать напряжение U э = DU = R 0lI . Следующая оценка позволяет понять, о каких значениях здесь может идти речь. Пусть длина стальной оболочки l = 100 м, а площадь ее сечения – 100 мм2. Тогда погонное сопротивление составит R 0 = 0,001 Ом/м, что при токе молнии I = 100 кА приведет к перенапряжению U э = R 0lI = 0,001´100´100 = 10 кВ. Этого вполне достаточно для повреждения изоляции осветительного кабеля 220/380 В.
Более строгий анализ показывает, что металлическая оболочка не спасает полностью и от перенапряжениях в двухпроводных системах. Дело в том, что потенциал, принимаемый внутренним проводником, зависит от его внутреннего расположения. Все проводники равноценны только в оболочке круглого сечения. Если же сечение оболочки некруговое (например, это прямоугольный короб), потенциалы проводников будут различными и между ними появится напряжение. Как, правило, оно на порядки ниже только что оцененной величины, но и этого бывает достаточно для повреждения микросхемы, к которой подходит кабельная пара.

19. Защитное действие молниеотводов
С времен Франклина и Ломоносова принято, что молния направляется к наиболее высокому сооружению на земной поверхности. Это положение можно принять и сегодня, но с принципиальной оговоркой: молния с наибольшей вероятностью направляется к наиболее высокому сооружению. Вероятность поражения менее высокого тоже ненулевая. Из самых общих соображений понятно, что эта вероятность снижается с увеличением разности высот. Значит, для надежной защиты высота молниеотвода должна быть больше высоты защищаемого объекта. Чем больше требуемая надежность, тем выше должен быть молниеотвод.
Выбор молниеотводов часто производят по их зонам защиты. Предполагается, что надежность защиты не будет ниже указанной величины, если объект целиком размещен внутри зоны защиты. Для стержневого молниеотвода зону защиты представляют в виде конуса, вершина которого лежит на вертикальной оси стержня. Из сказанного выше следует, что вершина зоны должна располагаться ниже вершины молниеприемника, если гарантируемая надежность защиты больше 0,5. Чтобы убедиться в этом достаточно предположить два расположенных вплотную заземленных стержня равной высоты, посчитав один из них молниеотводом, а другой объектом. Ясно, что за большой срок наблюдения стержни примут на себя равное число ударов молнии (50%-ная надежность защиты). Чтобы обеспечить надежность 0,9 или 0,99 стержень, обозначенный молниеотводом, обязательно должен стать выше, чтобы принимать на себя большую часть молний. Сказанное в равной степени справедливо и для тросовых молниеотводов.

Даже при очень большой разности высот молниеотвод не может обеспечить идеальной защиты. На снимке, который здесь представлен, молния промахнулась мимо вершины Останкинской телебашни на 202 м. Такой случай не уникален.
На практике оперируют надежностью защиты 0,9 или 0,99 (к защищаемому объекту прорывается одна молния из 10 или из 100), редко – 0,999. Для одиночного стержневого молниеотвода высотой h £ 30 м радиус зоны защиты с надежностью 0,9 на уровне земли равен примерно r 0 = 1,5h . а с надежностью 0,99 r 0 = 0,95h . Применение системы из многих молниеотводов заметно расширяет зону защиты. При разумном расположении защищаемый объем может быть в несколько раз больше суммы зон защиты каждого из молниеотводов в отдельности. Этим широко пользуются специалисты.
Если правильно рассчитать и установить молниеотвод на крыше своего дома или около него, можно почти не беспокоиться о прожогах кровли. Даже при надежности защиты 0,9 к дому относительно небольшой высоты прорвется меньше одной молнии за 100 лет. К сожалению, на электромагнитные воздействия молнии такой молниеотвод почти не повлияет. Именно эти воздействия становятся главной причиной аварийных ситуаций.

20. Защита от электромагнитных воздействий молнии
Для современной техники – это самая важная проблема. Фирмы со штатом в тысячи человек разрабатывают и выпускают аппаратуру для защиты от электромагнитных воздействий силовых электрических цепей, телефонных линий, каналов телевидения и даже средств охраны вашего дома от нежелательных “гостей”.
Защитные устройства независимо от их конструкции часто называют ограничителями перенапряжения. Представьте какую-нибудь двухпроводную электрическую цепь, которая входит в Ваш дом. Пусть это будет, например, сеть 220 В. У вас не возникнет проблем, если величину грозовых перенапряжений в сети ограничить уровнем, безопасным для изоляции внутренней проводки и включенной в сеть аппаратуры (например, телевизора, СВЧ-печи или компьютера). При рабочем напряжении 220 В изоляция кратковременно выдержит увеличение напряжения в 3 – 5 раз, вряд ли больше. Значит, на входе в дом надо поставить устройство, которое не даст перенапряжению подняться выше.
Механическая система здесь непригодна из-за своей инерционности. Любое механическое реле срабатывает за единицы-десятки миллисекунд, а грозовое перенапряжение, вызванное током молнии, нарастает примерно в 100 раз быстрее. Нужное быстродействие обеспечивается только полупроводниковыми или газоразрядными приборами. Сегодня успешно используют и те, и другие.
Принципиальная идея такова. В месте входа воздушной сети в дом параллельно проводам установлена шайба, спеченная из оксида цинка. Ее толщина подобрана так, что при напряжении 220 В она практически не пропускает тока и ведет себя как совершенный изолятор, не влияя на электрическую цепь. Однако при появлении грозового перенапряжения проводимость шайбы очень быстро нарастает. За доли микросекунды она приближается к проводимости металлического проводника. Возникшее таким образом короткое замыкание не пропускает перенапряжение к аппаратуре внутри здания и она остается неповрежденной. Когда же ток молнии затухает и перенапряжение исчезает, оксидно-цинковая шайба за те же доли микросекунды возвращается в непроводящее состояние. За столь малое время ее работы автоматы и предохранители не успевают сработать и электроснабжение дома не нарушается.
Примерно так же работают и другие полупроводниковые устройства, варисторы. Меняется только их рабочее напряжение (оно может быть и очень низким для защиты микропроцессорной техники), а принцип действия остается неизменным). Благодаря простоте конструкции полупроводниковые ограничители перенапряжения (ОПН) широко распространены. Их удается смонтировать в малогабаритном корпусе, примерно таком же, как бытовые автоматы, и легко крепить на линейке обычной коммутирующей аппаратуры. Тем не менее, сегодня специалисты все чаще обращаются к старым и давно известным газоразрядным приборам. В них защищаемая цепь замыкается не полупроводниковой шайбой, а после пробоя специального искрового промежутка малой длины.
Газонаполненные разрядники с искровыми промежутками – более сложный прибор, чем полупроводниковый ограничитель. В нем обязательно предусматривают устройство для обрыва дуги с током короткого замыкания электрической сети. Сама по себе эта дуга погаснуть не может, ее гасит специальное дутье. Зато искровой разрядник более надежен, а главное, - он совершенно не страдает от случайного не очень сильного, но длительного повышения напряжения в электрической сети, скажем, когда из-за перекоса фаз держится 270 – 300 В вместо нормальных 220 В. От такого перенапряжения оксидно-цинковая шайба чуть-чуть приоткрывается, начинает пропускать ток, перегревается и выходит из строя. Ничего похожего искровому разряднику не грозит.

21. Почему молния не в ладах с дилетантами
Прочитанные главки дают представление о разностороннем вооружении молнии. В конце концов, какое-нибудь ее оружие может сработать. Человеку не легче, если он, справившись с защитой своего сооружения от прямого удара молнии, пострадает от заноса высокого потенциала, грозовых перенапряжений в электрической сети или сбоев электронного оборудования, пославшего ложную команду. Защита от молнии должна быть комплексной и обязательно совместимой с технологическим назначением объекта. Полумеры здесь мало подходят. Более того, не исключена ситуация, когда недальновидное решение может усугубить опасные воздействия молнии. Вот почему проект по молниезащите должен подготовить специалист. Он должен внимательно оценить опасность всех возможных воздействий высокотемпературного канала, тока и электромагнитного поля молнии. Во внимание должно быть приняты не только конструктивные особенности защищаемого объекта, но и его окружение на поверхности земли и даже подземные коммуникации. Дилетанту такое не по силам.
Очень важно, чтобы средства защиты от молнии не “навешивались” на уже смонтированный объект, а разрабатывались еще на стадии проекта. Только тогда удастся максимально совместить элементы молниезащиты с конструктивными деталями защищаемого объекта и тем самым сберечь немалые деньги. Не редкость, когда совершенно незначительное изменение конструкции объекта, не сказывающееся на его технологических функциях, влечет за собой очень резкое повышение молниестойкости. На такие решения способны только высоко квалифицированные специалисты.

Молнии, образующиеся обычно в кучево-дождевых (грозовых) облаках, являются электрическим разрядом силой тока до 500 тыс. ампер. Они сопровождаются ослепительными, яркими вспышками и последующим оглушительным звуком (громом). Их природа долгое время была тайной для человека, поэтому люди наделяли молнии божественной силой. Только в 1750 г. благодаря опытам американца Франклина была разгадана загадка этого природного явления, а точнее его электрическую природу. Это стало толчоком к дальнейшему изучению физики молний и появлению методов молниезащиты зданий и строений.

Физика молнии

Исследования образования электрических разрядов показали, что все молнии можно разделить на межоблачные и удары в землю. В результате электризации облаков одна его часть становится положительно заряженной (верхняя), а другая - отрицательно (нижняя). После накопления достаточно больших зарядов, по типу конденсатора, происходит разрядка. Во время грозы разность электрических потенциалов между небом и землей становится чрезмерно большой и под воздействием космических лучей возникают каналы проводимости, происходит молниевый разряд. Сначала идет серия слабых разрядов (лидеров), они разогревают и расширяют канал. Когда головка лидера контактирует с поверхностью земли, начинается разгрузка (потенциалы постепенно выравниваются).

В результате разрядов выделяется огромное количество энергии, которое может стать причиной таких негативных последствий, как:

• частичное или полное разрушение здания;
• сильнейший пожар или техногенная авария;
• нарушение работы важной электроники и электрических приборов;
• мгновенная смерть или серьезные травмы человека или животных.

Самые сильные грозы можно наблюдать в Венесуэле в устье реки Кататумбо. Здесь вероятность удара молний наивысшая в мире, так как грозы можно наблюдать 70-200 дней в году, и число молниевых разрядов может достигать 28 в минуту. Однако, известны случаи, когда после удара молний люди оставались живы (Рой Салливан - человек-громоотвод выжил после 7 ударов). Чаще всего молнии наблюдаются в Африке (Конго, Камерун). В Конго молнией была убита целая футбольная команда. Поэтому молниезащита зданий, опасных или исторически ценных объектов и сооружений , сегодня - одно из важных мероприятий при строительстве и охране строений.

Грозозащита

Молниезащита - это комплекс мер и приспособлений, применяемых для обеспечения безопасности сооружений и всего, что в них находится. Утвержденные инструкции РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003 дают представление о существующих требованиях при организации профессиональной грозозащиты и позволяют организовать ее с максимальной эффективностью. Проектирование системы громозащиты для каждого конкретного объекта должно включать оптимальную защиту от прямых ударов молнии и от вторичного попадания ее разрядов в электрические сети.

Сегодня различают внешнюю и внутреннюю системы грозозащиты . Внутренняя защищает от импульсных перенапряжений и важна для нормальной работы электроники и электрического оборудования и приборов. Внешняя система защищает здание, башню или корабль от прямых ударов молнии и представляет собой громоотвод, соединенный с токоотводом и заземлителем. Она бывает активного и пассивного действия. Наиболее распространенные типы внешней громозащиты - стержневая, тросовая и молниеприемная сеть.

Устройство молниезащиты в наиболее простом случае представляет собой установку одного или двух стержней из меди, алюминия, оцинкованной или нержавеющей стали на самой верхней точке здания. Далее они соединяются с токоотводом и заземлением. В частных домах молниеприемником может служить металлическая кровля, к которой в двух местах обязательно подводятся токоотводы с заземлением. Неметаллические крыши жилых домов защищают молниеприемной сеткой, для деревянных домов чаще применяют активную защиту, устанавливая рядом с домом громоотвод, притягивающий молнию.

Элементы молниезащиты сегодня можно увидеть практически на всех многоэтажных зданиях, на телевышках, башнях, трубах и куполах храмов. На статуе, установленной на здании баварского парламента, можно увидеть громоотвод. На крестах (молниеприемниках) собора Покрова Божией Матери на Рву (храм Василия Блаженного) также хорошо заметны токоотводы.