Общие сведения

Молния – красивое и грозное явление природы – представляет особый вид прохождения электрической плазмы через воздушные пространства.

Источником возникновения молний являет атмосферный заряд электричества. Одиночные грозовые тучи могут нести заряды различных знаков, поэтому при сближении разноименно заряженных туч между ними возникает электрический разряд – молния. Некоторые тучи могут нести одновременно положительные и отрицательные заряды. Положительные заряды обычно концентрируются в нижней части тучи, где сосредотачиваются более крупные капли влаги. Такие тучи в результате электрической индукции наводят потенциалы на поверхности земли и на наземных предметах. В результате туча и поверхность земли образуют как бы две обкладки гигантского конденсатора с диэлектриком – воздушными массами между ними. По мере того как напряженность электрического поля …
заряженной тучи достигает критической величины, по направлению к земле начинает «прорастать» слабо светящийся канал (движение электронов), получивший название лидера. После прохождения лидером части воздушного пространства наступает пауза, в течение которой увеличивается накопление электрических зарядов, и только после этого продвижение лидера к земле возобновляется, затем опять пауза и т.д. Как только лидер достигает поверхности земли или возвышающихся над землей предметов, возникает электрический разряд. Подавляющее большинство молний (около 95%) имеет отрицательную полярность. Во время грозы у поверхности земли возникает сильное электрическое поле, напряженность которого особенно велика на концах остроконечных объектов. Во время грозы на таких концах возникает видимое свечение.

Напряжение между облаками и землей может составлять 100 000 000 В, сила тока молнии – 100 000 А, время действия – 10-6 с, диаметр светящегося канала (раскаленных, хорошо проводящих электрический ток газов) – 10-20 см. Разряды молнии положительной полярности отмечаются редко. Они характеризуются очень большой силой тока – до 200 000 А. Длина пути линейной молнии может достигать нескольких километров.

Ток главного разряда способен разогреть канал молнии до температуры 20000 – 35000°С.

Кроме линейной в природе возникает шаровая молния, представляющая собой огненный шар диаметром 10-30 см, медленно перемещающийся в воздухе (со скоростью около 2 м/с) по направлению ветра. Движение молнии сопровождается свистящим или шипящим звуком. Шаровая молния может существовать от нескольких секунд до 4 мин. Обычно исчезает шаровая молния бесшумно, но иногда может произойти и взрыв. Шаровая молния проникает в помещение через открытые окна, форточки, двери, дымоходы печей и даже через щели. При соприкосновении с человеком она вызывает сильные ожоги, часто ведущие к смерти. При взрыве шаровой молнии выделяется большое количество тепла, что часто приводит к пожарам.

Молниеотводы, применяемые для защиты зданий и сооружений от прямых ударов линейной молнии, при шаровой молнии не эффективны. Для предотвращения проникновения шаровой молнии в помещения во время грозы следует хорошо закрывать окна, двери, дымоходы, а вентиляционные отверстия должны быть снабжены металлической сеткой с ячейками 3-4 см2. Такая сетка выполняется из медной или стальной круглой проволоки диаметром 2-2,5 мм и надежно заземляется.

Молния чаще всего ударяет в места выхода на поверхность грунтовых вод, стыка пород земли разной удельной электрической проводимости, выхлопа газов и выхода дыма из труб (из-за повышенной ионизации воздуха), а также в наиболее возвышающиеся над землей части здания и сооружения. Ударяет молния и в места с большим удельным электрическим сопротивлением, например в землю, где проложены металлические трубопроводы или кабели, где имеются включения грунта, хорошо проводящего электрический ток, (например, глина).


Молниезащита от прямых ударов молнии – комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений от возможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии, а в сельскохозяйственных производственных помещениях – также для обеспечения безопасности животных и птицы.

Устройство, воспринимающее прямой удар молнии и отводящее ток молнии к земле, получило название молниеотвода. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом металлическое устройство. Он состоит из молниеприемника, несущей конструкции, токоотвода и заземлителей.

Зона защиты молниеотвода – это часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности.

Наименьшей и постоянной по величине степенью надежности обладает поверхность, образующая границу зоны защиты. При продвижении внутрь зоны защиты надежность защиты увеличивается. Различают два типа зоны защиты. Зона защиты типа А имеет степень надежности 99,5% и выше, т.е. вероятность поражения для этой зоны составляет 0,5% и менее. Зона защиты типа Б имеет степень надежности 95% и выше. Здесь вероятность поражения может составлять 5% и менее.

В качестве молниеотводов для защиты отдельных зданий от прямых ударов молнии могут быть использованы деревья. Это возможно, если дерево выше дома вместе с антенной в 2-2,5 раза. Дерево должно отстоять от дома не менее чем на 3-10 м (рис. 1).

Сопротивление заземления молниеотвода не должно превышать 20 Ом. На рис. 2 показана защита сельского дома.

 

Рис. 1. Молниезащита небольших домов с использованием дерева
в качестве несущей конструкции:

1 – молниеприемник; 2 – токоотвод; 3 – заземлитель; 4 – границы зоны защиты молниеотвода; RX – радиус защиты на высоту hX.

 

 

Рис. 2. Молниезащита сельского дома стержневыми тросовым
молниеотводами, установленными на крыше (а), крепление
молниеприемника к дымовой трубе (б):

1 – молниеприемник тросовый; 2 – молниеприемники стержневые (вилка);
3 – планка деревянная; 4 – заземлители; 5 – токоотвод; 6 – скоба; 7 – проволока вязальная
(оцинкованная) диаметром 3-5 мм.

Защита от заносов высоких потенциалов в здания и сооружения по ВЛ напряжением до 1000 В осуществляется следующим образом. Для защиты людей, находящихся в помещениях, от грозовых перенапряжений в населенных местностях с одноэтажной застройкой на ВЛ, не экранированных высокими зданиями, промышленными трубами, высокими деревьями и т.п., необходимо создавать грозозащитные заземляющие устройства. К ним должны быть присоединены штыри и крючья изоляторов опоры ВЛ, на которых выполняется заземление, а также нулевой провод сети.

В зависимости от грозовой деятельности принимаются следующие расстояния между смежными грозозащитными заземлениями: 200 м – для районов со средней грозовой деятельностью от 10 до 40 ч в год, 100 м – для районов с повышенной грозовой деятельностью (более 40 грозовых часов в год).

Сопротивление грозозащитного заземления растеканию тока промышленной частоты не должно превышать 30 Ом.

Во время грозы каждый должен соблюдать меры предосторожности. Если гроза застала в поле, то нельзя бежать, а нужно присесть или лечь на землю или в небольшое углубление на склоне холма. При нахождении во время грозы в лесу не следует укрываться под высокими деревьями, нужно выбрать место посередине между двумя высокими деревьями, расположенными друг от друга на расстоянии 15-20 м, и там стоять. В руках не должны находиться металлические предметы (лопаты, ломы, пилы и т.п.). При движении в автомашине, тракторе в поле во время грозы следует остановиться, выйти из транспортного средства и отойти от него на расстояние 25-50 м. Пасущихся в поле животных необходимо максимально рассредоточить.

Во время грозы, а также во время ее приближения нужно закрыть в помещении все окна, двери, форточки, дымоходы и находиться от проводов внутренней сетей, лампочек, выключателей, штепсельных розеток на расстоянии не ближе чем 0,5 м.

Вилки электроприемников должны быть вынуты из штепсельных розеток.

По типу молниеприемника молниеотводы разделяются на стержневые (вертикальные), торсовые (горизонтальные протяжные) и сетки, состоящие из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений. Стержневые и тросовые молниеотводы могут быть как отдельно стоящие, так и установленные на объекте; молниеприемные сетки укладываются на неметаллическую кровлю защищаемых зданий и сооружений. Однако укладка сеток рациональна лишь на зданиях с горизонтальными крышами с уклоном не более 1:8, где равномерно поражение молнией любого их участка. Допускается укладывать сетку под утеплителем или гидроизоляцией, при условии, что они выполнены из несгораемых или трудносгораемых материалов и их пробой при разряде молнии не приведет к загоранию кровли.

Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией в год производится по формулам: для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы, вышки, башни).

(1)

для зданий и сооружений прямоугольной формы:

(2)

где h – наибольшая высота здания или сооружения, м;

S, L – соответственно ширина и длина здания или сооружения, м;

n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в земле) в месте нахождения здания или сооружения.

Для зданий и сооружений сложной конфигурации в качестве S и L рассматриваются ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане.

Для произвольного пункта на территории страны удельная плотность ударов молнии в землю n определяется исходя из среднегодовой продолжительности гроз в часах (берется по карте продолжительности гроз) следующим образом:

 

Среднегодовая деятельность гроз, ч 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100 и более
Удельная плотность Ударов молнии в землю n, I/(км2·год) 5,5 8,5