15. Перенапряжения прямого удара молнии (к содержанию)
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 Iчерез молниеприемник, а затем через токоотводы попадает в заземлитель и растекается в земле. При этом на сопротивлении заземления Rз выделяется напряжение UR = IмолRз. Это очень большое напряжение. Например, при Iмол = 100 кА и Rз = 10 Ом получается UR = 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 UR, 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 UL = 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 Tf » 5 мкс для тока 100 кА, легко получить (di/dt)max » Iмол/Tf = 2´1010 А/с, что для индуктивности L = 30 мкГн ( мачта высотой ~ 30 м) дает UL = L(di/dt)max = 600 кВ. Суммарная величина Uмол = UR + UL возрастает, таким образом, в разобранном примере до 1600 кВ. Силовой провод находится под потенциалом осветительной сети (220/380 В), пренебрежимо малым по сравнению с Uмол и потому практически все напряжение Uмол 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 (к содержанию)
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 Uмаг » -SAB. Здесь AB =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 AI. Действующие нормативные документы дают величину AI = 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 ФB » 4∙104 В/м2 и потому Uмаг = -SФB » 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 Eмол » 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 Uэл = Eмолh наведет на заземленном проводнике заряд Q = CUэл. После удара молнии в землю, когда заряд ее канала нейтрализуется и электрическое поле исчезнет, наведенный заряд стечет с проводника в землю через сопротивление заземления Rз. 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 Uэл = Eмолh = 200´5 = 1000 кВ. В результате наведенный заряд составит Q = CUэл = 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 Rз = 10 Ом величиной Uэл = i Rз = 1000´10 = 10 кВ.
17. Занос высокого потенциала (к содержанию) 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, Uз = IмолRз. (например, 300 кВ, если Rз.= 10 Ом, а Iмол = 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 (к содержанию)
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 = R0lI, где R0 – 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 Uэ = DU = R0lI. 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 R0 = 0,001 Ом/м, что при токе молнии I = 100 кА приведет к перенапряжению Uэ = R0lI = 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 (к содержанию)
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 r0 = 1,5h. а с надежностью 0,99 r0 = 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 (к содержанию)
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 (к содержанию)
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.
22. Телевизионные мифы (к содержанию)
Еще в далеком детстве от бабушек и дедушек наслушались мы невероятных историй про молнию. Вот, мол, в грозу опасны сквозняки – затягивают в дом молнию. А еще опасна открытая печная труба. Через нее молния может тоже залететь. В совсем далекие времена пораженного молнией человека норовили закопать в землю, чтобы из него электричество вышло.
Далеко было нашим предкам до современного телевидения. Сказки, что там рассказывают, не приснятся даже в дурном сне. Самое печальное, что делают это даже центральные телевизионные каналы и с учетом самых совершенных законов воздействия на психику. Вам не будут просто демонстрировать прорицательницу, якобы получившую свою чудодейственную силу от молнии, а пустят одновременно репортаж из высоковольтной лаборатории, где молнию серьезно исследуют. На столь сложный винегрет попадаются не только простаки.
Не будем говорить от физиологическом воздействии молнии, не вполне изученном и во многом не ясном. От дремучих глупостей здесь уберечься легко. Конечно, не надо слушать самодельного академика, который недавно рекомендовал не дотрагиваться до пораженного человека руками, а катить его длинной палкой до ближайшей лужи (чтобы электричество стекло в землю?). На деле пострадавший не представляет никакой опасности для окружающих. Электрический заряд не удерживается на его теле даже малые доли секунды. Как можно скорее надо начинать искусственное дыхание и массаж сердца. Это может спасти пострадавшему жизнь. Скорую помощь надо вызывать немедленно. Профессионал куда эффективнее кучи дилетантов. Надо помнить, что последствия поражения высоким напряжением не вполне изучены. При ударе током человек может сразу и не потерять сознания, а плохо ему станет через несколько часов. Поэтому врачебный контроль необходим. Ниже речь пойдет о “телевизионных” средствах защиты от молнии. Особую нелюбовь там заслужили мобильные телефоны. Как минимум, в грозу их рекомендуют выключить, а лучше - отбросить от себя на расстояние до 10 м. Последняя операция имеет хоть какой-то смысл, ибо вместо потерянного телефона Вы купите новый, более красивый и совершенный.
Истоки телефонной глупости очевидны. Известно, что при работе антенна телефона излучает электромагнитное поле. Оно, якобы, способствует притяжению молнии. Чтобы развеять миф, достаточно сравнить масштабы явлений. Молния несет к земле потенциал около 100 миллионов вольт, а телефон питается от аккумулятора в 9 В. В лаборатории не раз пытались воздействовать на длинную искру (в какой-то мере мелкомасштабная модель молнии), подавая дополнительное напряжение на макет молниеотвода. Чтобы добиться реально заметного эффекта, для искры длиной в 10 м требовалось не меньше нескольких десятков киловольт. С напряжением “мобильника” цифра несопоставимая. Телефон можно смело оставлять при себе.
Теперь о ключах и прочих металлических предметах в карманах. От них наше телевидение тоже рекомендует освобождаться. Знай такое Остап Бендер, он предложил бы поверившим тарелочку с голубой каемочкой. Эффект ключей безусловно нулевой. Они ничего не могут прибавить к хорошо проводящему телу человека и хоть как-то изменить окружающее его электрическое поле. Здесь налицо дремучее незнание электростатики, недостойное даже выпускника средней школы.
Сложнее с предложением ложиться на землю во время грозы. Оно представляется разумным для человека, которого гроза застала в чистом поле. Чем выше объект, тем чаще в него ударяет молния. В этом отношении лежать лучше, чем стоять. Правда, не следует забывать о разнообразии поражающих факторов молнии. Один из них – шаговое напряжение. Оно воздействует много чаще, чем прямой удар. Величина шагового напряжения пропорциональна максимальному расстоянию между точками контакта человека с землей. В лежачем положении – это полная длина человека. Вот и получается, что ложиться не стоит. Лучше уж тогда присесть на корточки. Все же меньше риска.
Стоит упомянуть и о зонтиках. Металлическая палка в руках несомненно опаснее ключей в кармане. Палка как бы увеличивает высоту человека, в среднем примерно на 20 – 40 см. Последствия легко оцениваются по материалам раздела 9. Средняя высота современного взрослого человека 1,8 м. Значит, радиус стягивания молний, равный утроенной высоте, составит Rмол = 3h = 5,4 м, а площадь стягивания, ограниченная этим радиусом, будет равна Sмол = pRмол2 = 91,5 м2 » 0,0001 км2. При удельной площади грозовых разрядов nмол = 3 удара на 1 км2 в год (типичная величина для средней полосы России), нужно примерно ожидать N = nмолSмол » 0,0003 ударов ежегодно, что соответствует в среднем одному удару за 3300 лет жизни. Эти цифры уже приводились выше. Аналогичный расчет с учетом предельной высоты зонтика даст не более одного удара за 2200 лет жизни. При такой вероятности наверное не стоит свертывать зонтик. Шанс промокнуть и преждевременно умереть от простуды заметно реальнее.
23. Простые рекомендации (к содержанию) В любом современном нормативе по молниезащите написано, что даже самая сильная молния не прожжет или опасно нагреет металлическую оболочку толщиной более 4 мм. Тем не менее, рекомендация пережидать грозу в толстостенном баке вряд ли покажется привлекательной.
Если нет острой необходимости, проще всего отсидеться дома. Если это индивидуальный дом с электроснабжением по воздушной линии, а средства ограничения грозовых перенапряжений пока не установлены, полезно отключить входной автомат электрической сети. Тогда резко снизится опасность повреждения бытовых приборов и внутренней электропроводки. Если на вашем доме индивидуальная телевизионная антенна, а защиты там тоже нет, разумно выдернуть штекеры из антенных гнезд телевизоров. Дальше нужно ждать конца непогоды. Чтобы скоротать время, обсудите с домашними вызов специалистов для установки у вас средств современной молниезащиты. Откладывать не стоит.
На открытом воздухе неплохую защиту от молний обеспечивает автомобиль. Если дождь не заливает стекло, можно не прекращать движения. За время полета молнии от облака до земли даже при самой бешеной гонке автомобиль переместится всего на 1 м. Для молнии это безразлично. Металлический кузов авто выполняет роль и чисто механического, и электромагнитного экрана. Очень известная европейская молниезащитная фирма Dehn+Sohne в рекламных целях демонстрирует в своей лаборатории эксперимент со стареньким “Фольксвагеном”. Его крышу бомбардируют искровыми разрядами от высоковольтного генератора. Добровольцы внутри ничуть не страдают. Эти строки написаны после личного участия в таком эксперименте. Сомневающимся могу предъявить сертификат с фотографией. Гроза в поле наименее приятна. Как-никак, но человек здесь возвышающийся над окружающим предмет. Полезно поискать естественную защиту в виде оврага или впадины. В крайнем случае садитесь на корточки. Почему не стоит ложиться на землю, объяснено в предыдущем разделе.
Много разговоров об опасности грозы в лесу. Если лесной массив образуют деревья примерно равной высоты, опасность удара молнии никак не больше, чем в поле. Нет большого вреда и от расположения под густой кроной, где дождь заметно слабее. Не нужно только выбирать самые высокие деревья. Ваше должно иметь среднюю высоту, а еще лучше ниже среднего.
Опушка леса безусловно опаснее сердцевины лесного массива. Здесь структура электрического поля примерно такова, как у зданий сопоставимой высоты. Поэтому деревья на опушке чаще страдают от молний. Лучше сместиться в глубину леса, хотя бы на 50 – 100 м.
Вопрос о реках и озерах надежно не решен. По некоторым данным в бассейнах рек наблюдается в несколько раз большая плотность молний, чем на земле. При ударе в воду ток молнии растекается примерно так же, как в грунте. Проводимость воды, если и повышена, то непринципиально. Но пловец в воде лежит, а это, как уже упоминалось, много опаснее. К тому же даже при самом слабом воздействии электрического тока может произойти судорога, временный перерыв дыхания, что в воде приведет к печальным последствиям. Лучше не рисковать и сразу же вернуться на землю.
Надо помнить, что человек еще не нашел идеальной защиты от молнии, но любое технически грамотное мероприятие снижает ее опасность. Вряд ли стоит рассчитывать на авось, лучше довериться специалистам, которые сделают максимум возможного для Вашей защиты и для защиты Вашей недвижимости, будь то завод, нефтяной промысел или просто садовый домик.
Ваш отзыв очень важен для нас! Пожалуйста, оцените данную статью.
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...
" data-yashareImage="" data-yashareL10n="ru" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,gplus" data-yashareTheme="counter">
Если произвольный контур помещен в магнитное поле B, в контуре будет наведена ЭДС магнитной индукции Uмаг » -SAB. Здесь AB =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 AI. Действующие нормативные документы дают величину AI = 2∙1011 А/с. Скорость роста магнитного поля, которая ей соответствует, оценивается при этом как 
, 
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 Eмол » 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 Uэл = Eмолh наведет на заземленном проводнике заряд Q = CUэл. После удара молнии в землю, когда заряд ее канала нейтрализуется и электрическое поле исчезнет, наведенный заряд стечет с проводника в землю через сопротивление заземления Rз. 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 Uэл = Eмолh = 200´5 = 1000 кВ. В результате наведенный заряд составит Q = CUэл = 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 Rз = 10 Ом величиной Uэл = i Rз = 1000´10 = 10 кВ.
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, Uз = IмолRз. (например, 300 кВ, если Rз.= 10 Ом, а Iмол = 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. 
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. 
Ниже речь пойдет о “телевизионных” средствах защиты от молнии. Особую нелюбовь там заслужили мобильные телефоны. Как минимум, в грозу их рекомендуют выключить, а лучше - отбросить от себя на расстояние до 10 м. Последняя операция имеет хоть какой-то смысл, ибо вместо потерянного телефона Вы купите новый, более красивый и совершенный. 
В любом современном нормативе по молниезащите написано, что даже самая сильная молния не прожжет или опасно нагреет металлическую оболочку толщиной более 4 мм. Тем не менее, рекомендация пережидать грозу в толстостенном баке вряд ли покажется привлекательной. 
Гроза в поле наименее приятна. Как-никак, но человек здесь возвышающийся над окружающим предмет. Полезно поискать естественную защиту в виде оврага или впадины. В крайнем случае садитесь на корточки. Почему не стоит ложиться на землю, объяснено в предыдущем разделе.