Разрушительная сила природы велика. И если цунами, тайфуны, смерчи, землетрясения чаще всего происходят лишь в отдельных, подверженных этим явлениям регионах, и их во многих случаях можно предвидеть, подготовиться к удару, то молния может непредсказуемо ударить в любой точке земного шара, в любой объект.
Согласно наблюдениям ученых, грозы случаются на планете 16 000 000 раз в год. То есть, каждые сутки где-то происходят грозы в 1 800 местах. Не каждая молния достигает земли, часть из них пролегает лишь в атмосфере, между наэлектризованными тучами. Молний, которые достигают земной поверхности, примерно 25 000 000, каждый такой удар может оказаться для кого-то смертельным, или же повредить здание, оборудование.
Молнии – спутники не только гроз. Они возникают в атмосфере и во время сильных лесных пожаров, и во время извержения вулканов. Для возникновения молнии нужна субстанция, которая бы наэлектризовалась, создав в разных точках атмосферы разность потенциалов. Иногда протяженность молний составляет до сорока километров, и предсказать, в какое место она ударит, практически невозможно.
В одних только Соединенных Штатах Америки ежегодно гибнет от ударов молний полсотни человек. И около двух сотен получают травмы различной степени. Шанс погибнуть или получить ранение от удара молнии во время нахождения в районе грозы один к трем тысячам. Стать свидетелем того, как кто-то другой окажется ее жертвой, один к трехстам.
Для возникновения молнии необходимы соответствующие погодные условия, обязательно наличие в грозовой туче кристалликов льда, только они способны наэлектризоваться в результате трения. Такое возможно лишь на больших высотах. Одна вспышка может продержаться в атмосфере около секунды, иногда она состоит из нескольких вспышек. Обычно, они пронизывают один «коридор», но случается, бьют в разных направлениях.
В средневековье и поздней, до наступления эпохи просвещения, вопрос молниезащиты зданий, сооружений занимал людей лишь в мифологической плоскости, реальных методов защиты от ударов молний не существовало, если не считать заговоров, заклинаний и жертвоприношений. Молния считалась проявлением гнева богов, а потому ее удар был фатальным и целенаправленным, как кара неба. Невысокие жилища вполне были защищены растущими рядом с ними деревьями, которые и принимали на себя удары.
Научный подход к проблемам молниезащиты появился лишь в конце восемнадцатого века, когда ученые стали понимать природу электричества. Считается, что изобретаталем первого громоотвода – первого молниеотводящего устройства, является Бенджамин Франклин, хотя до него подобные опыты производили и другие ученые-изобретатели.
Так, например, еще раньше Жак Рома экспериментировал с бумажными змеями. Они и принимали на себя удары молний, сокращая им путь до земли. Но именно Бенджамин Франклин в 1752 году сформулировал принцип действия и сделал описание громоотвода. Его конструкция сводилась к вознесенным над зданием длинным железным стержнем, верхний конец которого венчала заостренная медная проволока, а другой конец был погружен во влажную землю.
Изобретатель обещал, что молния, попав в медную проволоку, уйдет в землю по стержню, не причинив зданию вреда. На протяженных зданиях Франклин предлагал устанавливать два громоотвода на противоположных фронтонах. Точно так же он предписывал уберегать и корабли от молний. В этом случае молния отводилась в воду по опущенной в нее проволоке. По большому счету такая же конструкция для защиты зданий от молний применяется и поныне.
Создание современных систем молниезащиты уберегает тысячи зданий по всему миру от повреждений, сохраняет сложную аппаратуру и спасает человеческие жизни. Однако, даже в наши дни случаются несчастья он попадания молний в здания.
Так случилось возгорание дома на Люблинской улице в Москве в 2012 году. Спасатели боролись с огнем несколько часов. Результат пожара – большой ущерб.
Нередко от попадания молний горят дома в сельской местности. В том же 2012 году в Пензенской области сгорела церковь. За полтора часа деревянный храм превратился в пепел. Молния попала в крест на колокольне, а он не был заземлен, как это делается в большинстве храмов.
Можно было бы привести еще десятки таких примеров из современности, но, лучше, привести положительный, когда молниезащита надежно сработала. В мае 2012-го Останкинская телебашня получила удар молнии. Однако, никаких негативных последствий не произошло. Сама башня была защищена внешней молниезащитой, а ее электрическое и электронное оборудование – внутренней молниезащитой.
Системы молниезащиты бывают двух видов – внешняя и внутренняя.
Внешняя практически не изменилась со времен ее изобретателя. Она состоит из приемника молнии, линии, по которой отводится ток, и из заземления. Это система непосредственно защищает само здание или объект от непосредственного удара молнии. Она принимает этот удар на себя и отводит его в землю. Такое прохождение электрического заряда молнии не должно сопровождаться повреждением зданию и не должно нести угрозу здоровью и жизни людей, которые находятся рядом или же пребывают внутри.
Современные системы внешней молниезащиты только по принципу действия напоминают громоотводы прошлого. Теперь молниеприемник может располагаться и на расстоянии от самого здания, которое должен обезопасить. Когда идет речь о защите целых площадок, таких, как нефтехранилища, бензозаправки, заводские территории, то система может состоять из отдельно стоящих вышек, или же молниеприемники могут располагаться на соседних – более высоких зданиях.
Такие системы называют изолированными относительно сооружения, которое они защищают. Однако, внешняя система молниезащиты может быть установлена и на самом здании, или же являться его частью, скажем, водостоком, декоративным шпилем.
В качестве молниеприемника может использоваться и крыша здания с учетом ее надежности в смысле электропроводимости, отсутствия пластикового или лако-красочного покрытия. Или же отдельные элементы кровли, которые соединены друг с другом токопроводящими материалами, арматурой. При этом они должны обладать сечением не меньшим, чем обычный молниеприемник. Затем принятый молниеприемником ток перенаправляется в токопровод. Поскольку заряд имеет свойство выбирать кратчайший путь, то следует токопровод прокладывать по кратчайшему маршруту, избегать петель.
Вхождение сильного заряда в землю в одной точке создает опасность поражения из-за возникновения так называемого шагового напряжения. Заряд в точке вхождения выше, чем на периферии. Поэтому человек, стоящий на земле двумя ногами, может бить поражен электрическим током из-за разности потенциалов в точках касания левой и правой ногой. Чтобы избежать такого варианта, следует предусмотреть вхождение заряда в землю несколькими путями, тогда и заряд распространится по поверхности более равномерно.
Начиная с 1990 годов, стали применяться системы так называемой активной молниезащиты, которая так же относится к внешним системам. Принцип действия такой системы основан на более сильном притяжении молнии, чем имеет место при использовании традиционных молниеприемников. Сама молния в приближении – это протяженная электрическая искра, которую вызывает разность потенциалов между тучей и тучей, тучей и землей. До появления вспышки, возникает электрический канал, издающий лишь слабое, незаметное глазу, свечение, по которому впоследствии пойдет молния.
Активная система молниезащиты ионизирует воздушное пространство вокруг себя и, как бы, движется навстречу к этому каналу, создавая свой собственный вместе с ним.
Активная молниезащита не требует внешнего электропитания, она подзаряжается от атмосферного электричества. Создатели таких систем утверждают, что один активный молниеприемник может защитить все здание, и отпадает необходимость сооружения дополнительных молниеприемников. Нет надобности возносить их на большую высоту. К тому же они более эстетичны в смысле архитектуры.
Удар молнии может повредить не только само здание – разрушить кладку, поджечь его, расколоть древесину. Воздействию подвергается также находящееся в нем электрооборудование, аппаратура. Если их не защитить, то они могут быть повреждены.
Причиной может стать непосредственное попадание импульса в сеть питания, скажем, молния попала в линию электропередач, или же индукционные наводки. И в том, и в другом случае, возникают импульсные скачки в сети питания, которые нельзя допустить к оборудованию и к аппаратуре. В лучшем случае, сгорят предохранители, в худшем загорится сама техника.
Для этого и служат системы внутренней молниезащиты, они призваны бороться с последствиями попадания молнии. В нормальном положении он замыкает цепь между источником питания – наружной электросетью снабжения и внутренней сетью, к которой и подключено находящееся в здании оборудование.
Когда в сети возникает перенапряжение заряд уходит в землю, а не в оборудование. Обычно такие устройства располагаются в распределительных щитках, также ими могут оснащаться отдельные агрегаты.
Современные системы молниезащиты достаточно надежны и позволяют практически полностью предотвратить негативные последствия попадания молнии, защищая, как само здание, так и его внутреннее оборудование. При выборе конструкции учитываются многие параметры. Частота гроз в этой местности, их интенсивность, степень защиты, возможность возникновения аварий и катастроф в результате попадания молнии, их возможные последствия.
Читайте также по этой теме: Защита оборудования от импульсных перенапряжений
