Для чего нужна молниезащита? Применение, обзор.

Молнии всегда пугали человека своей непредсказуемостью, мощью и разрушительной силой, поэтому потребность защиты от губительного воздействия грозовых разрядов была актуальной всё время.

Был разработан целый комплекс мер, называемых по техническим нормативам ПУЭ молниезащитой, в быту именуемой громоотводом. Чтобы понять устройство молниезащиты, нужно узнать причину грозовых разрядов, ознакомиться с видами и поражающими факторами молний.

История молниезащиты

Первую молниезащиту в 1775 году соорудил Бенджамин Франклин (его портрет украшает стодолларовую купюру), установив на здание Капитолия громоотвод, после того, как лично изучал грозовые разряды с помощью воздушного змея. Такой способ защиты от молний быстро распространился по всему миру, но религиозные деятели в Европе считали данное изобретение вторжением в божественные дела, и требовали в суде запретить громоотводы.

Изучение молний с помощью воздушного змея Франклина

Судовой процесс блестяще выиграл молодой адвокат, доказавший, что высшим проявлением божественной воли является человеческий разум. Благодаря выигранному делу, молодой юрист, которого звали Максимилиан Робеспьер, получил первую известность и стал впоследствии лидером французской революции, а молниезащита получила возможность развиваться дальше.

Большой вклад в изучение грозовых разрядов внёс русский учёный Михаил Ломоносов, доказав что молнии имеют электрическую природу.

Границы непознанного

Последние исследования заставили метеорологов убедиться, что они знают о молниях намного меньше, чем думали. Открытие в 1989 году спрайтов – гигантских совокупностей нитевидных электрических разрядов, диаметром до 100 км, возникающих на высоте от 50 до 120 км, привело учёные круги в изумление и замешательство.

Нитевидные иолнии возникающие на высоте 50-100 км

Физические процессы и причины возникновения спрайтов, а также других видов высотных молний – эльфов и джетов, являются малоизученными. Говоря о границах научного знания, стоит упомянуть шаровую молнию – многие ученые категорически отрицают её существование, хотя свидетельства очевидцев доказывают обратное.

Виды молнии на разной высоте

Поражающие параметры молний

К счастью высотные разряды не угрожают человеку, а шаровые молнии – явление чрезвычайно редкое. Опасность представляют молнии, возникающие в грозовых тучах на высоте до 16 км, вследствие ионизации в процессе трения поднимающегося разогретого воздуха.

Заряды накапливаются до некоего критического значения, после чего происходит кратковременный разряд, сопровождаемый выделением тепла и электромагнитного излучения в широком диапазоне спектра. Резкое нагревание (до 30000 ºС) воздуха ионизированного канала, по которому протекает ток (до 500 кА) молнии, вызывает его тепловое расширение, называемое ударной волной, которая ослабевая, превращается в сильные раскаты грома.

Область появления грозовой тучи

Мощность разрядов, напряжением до миллиарда вольт, может достигать 1000 ГВт. Поражающие факторы от удара молнией такие же, как и от воздействия электрического тока высокого напряжения. В среднем в мире от молнии погибает 24000 человек в год, и в десять раз больше людей получают травмы. Рекордной по количеству погибших (81) в результате попадания молнии в крыло самолёта, является катастрофа Боинга в 1963 году.

Процесс грозового разряда

Процесс инициации грозовых молний происходит благодаря космическому излучению, происходящему от далёких звезд. Частицы высокой энергии вызывают пробой на убегающих электронах, которые в свою очередь совершают ударную ионизацию – процессы, называемые стримерами, набирают лавинообразный характер.

Данные стримеры объединяясь, образуют термический ионизированный канал, по которому происходит первичный разряд молнии, называемый лидером, который продвигается ступенчато, подвергая ионизации новые участки пути. Двигаясь вниз, лидер вызывает ответный стример оттокопроводящих выступающих над землей предметов, и соединяется с ним.

Данный принцип лежит в основе обустройства молниезащиты. По замкнутому образованному таким путём токопроводящемуканалу происходит основной разряд молнии.

Таким образом, грозовые разряды возникают из-за тепловых конвекционных процессов, инициированные крохотными космическими частицами, возвещающими о своем прибытии на землю яркими вспышками и раскатами грома.

Виды и влияние молний

Существуют два типа молний – внутри облачные и наземные. Первые представляют опасность только для самолётов и чувствительного электронного оборудования (WI-FI антенны, радиолокаторы, спутниковая связь). Но наземные молнии, помимо поражения током, также являются причиной пожаров и разрушений.

Кроме того, мощный разряд, сопровождаемый электромагнитной волной, индуцирует потенциалы на находящихся вокруг проводниках, вызывая импульсы перенапряжения, которые могут достигать значения в несколько тысяч вольт.

Данные импульсы могут нанести поражение в момент возникновения, а также привести к поломкам оборудования впоследствии, из-за возникших пробоев в изоляции проводов. Поэтому пожароопасные, взрывоопасные объекты, по нормативам ПУЭ относятся к первой, самой высокой категории молниезащиты, согласно которой должны исключаться любые накопления потенциалов внутри помещений.

Виды молниезащиты

Предназначена для защиты электрического оборудования от удара эл. током, а также для защиты людей от поражения. Молниезащита подразделяется на внешнюю и внутреннюю.

Виды молниезащит

Внешняя молниезащита являет собой системы сооружений, которые осуществляют перехват молнии с помощью молниеотвода, с последующим отводом заряда через токоотвод в заземляющее устройство, благодаря которому ток уходит в землю, не причиняя разрушительных воздействий.

Молниезащита внешняя

Первым прототипом данной системы является молниезащита Франклина. Современный молниеотвод бывает в виде стержня, троса или сети, изготовляется из различных металлов или нержавеющей стали. Вызывая ответный стример по направлению к лидеру молнии, молниеотвод принимает весь ток грозового разряда на себя.

Соединившиеся на высоте около 50 метров стримеры локализуют ионизированный канал, не давая ему разветвляться у земли, тем самым не позволяя молнии поражать находящихся вокруг людей, предохраняя расположенные внизу дома.

Молниезащита внутри помещений

Внутренняя молниезащита являет собой комплекс мер по экранированию проводов и выравниванию потенциалов на различных металлических коммуникациях. Также применяются устройства для защиты от импульсов перенапряжения (УЗИП).

На территории России действуют устаревшие нормативы, где применение УЗИП не регламентируется. Поэтому для защиты электросети частного дома или других негосударственных зданий при помощи данных грозозащитных устройств, руководствуются международным стандартом МЭК 62305, по которому устройство молниезащиты внутри помещений предполагает использование искровых грозовых разрядников.

Зона внутренней молниезащиты

В данных устройствах, подключаемых между фазными проводами и заземлением, при перенапряжении из-за молнии, на электродах возникает электрическая дуга, по которой заряд стекает в землю. Данное технологическое решение позволяет снять перенапряжение с фазных проводов как в случае прямого попадания молнии в воздушную линию, так и возникшее в результате электромагнитного влияния грозового разряда.

Домашняя молниезащита

Разрекламированные молниеотводы активной молниезащиты с помощью ионизации окружающего воздуха – себя не оправдали, их установка не дает увеличения высоты встречного стримера, поэтому по европейским законам их применение возможно лишь в качестве обычных молниеотводов, согласно тем категориям молниезащиты, к которым принадлежит защищаемый объект.

Согласно ПУЭ, жилые здания относятся к третьей категории, но такое определение не запрещает самостоятельно повысить уровень и обустроить молниезащиту дома по самым высоким мировым стандартам.

Похожие статьи

Поделитесь статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *