Защита оборудования от попадании молнии. Лучший способ защиты дачи от молний - монтаж громоотвода своими руками. Активная молниезащита для частного дома

Прямое попадание молнии в загородный дом – случай редкий, такое происходит раз в несколько лет. Тем не менее стоит обезопасить себя и еще до начала строительства продумать систему защиты от удара молнии

Можно ли обойтись без молниезащиты?

Ни в коем случае! По нескольким причинам:

• вероятность попадания молнии в дом хоть и мала, но все же существует. Особенно если строение возвышается над всеми остальными, находится на вершине холма или па берегу водоема;
• прямой удар молнии не единственная опасность во время грозы. Для электрической цепи дома и подключенной к ней техники опасны и попадания молнии в радиусе 200-500 м: они вызывают сильнейшие электромагнитные возмущения. Способны повредить технику и грозовые перенапряжения, появляющиеся из-за быстрых изменений электромагнитного поля во время грозы;
• отсутствие молниеотвода может стать причиной отказа в выплате страхового возмещения в случае пожара.

Если нельзя проложить токоотводы по кратчайшей траектории, их число увеличивают, а молниеприемники соединяют между собой. Таким образом ток от приемников распределяется по разным направлениям

Есть ли точные инструкции по устройству защиты от молнии?

К сожалению, пока нет официальных нормативов молниезащиты частных домов. Проектировщикам и домовладельцам остается полагаться на здравый смысл и опыт электриков. Единственный практический совет, которому нужно следовать неукоснительно: подумайте о молниезащите как можно раньше, еще на этапе проектирования дома и закладки фундамента. Окончательно она устанавливается на стадии разводки электричества по дому.

Как делается молниезащита?

Система молниезащиты состоит из нескольких частей: молниеприемника, токоотводов, заземления и специального оборудования, которое соединено с электрощитком и предохраняет сеть от скачков напряжения. Электрики называют первые три элемента внешней молниезащитой, а устройство в щитке – внутренней.

Молниеприемники самой простой конструкции – металлические штыри, высота которых зависит от высоты и площади здания. Так, для дома высотой 8 м и площадью 80-100 м2 понадобится штырь длиной около 1,4 м.

Для мансарды-мезонина потребуется отдельный токоприемник, который устанавливается на коньке ее кровли.

Токоотводы присоединяются к молниеприемникам – по два на каждый штырь. К заземлению они должны идти крат­чайшим путем. Именно поэтому специ­алисты настоятельно рекомендуют поза­ботиться о молниезащите еще на стадии проектирования: при прокладке токоотводов в уже построенном доме на пути могут встретиться окна, к тому же будет затруднительно сделать падежную изоля­цию токоотводов и спрятать их во вну­тренние элементы дома.

Заземлением обычно служит фунда­мент, где еще на этапе закладки должны быть предусмотрены детали для прикре­пления токоприемников. Если таких дета­лей нет, в фундамент вбивают отдельные штыри и соединяют между собой. Что­бы заземление не подвергалось коррозии, лучше использовать элементы из оцинко­ванного металла.

Для дома, стоящего на высоком песча­ном холме, нужен дополнительный кон­тур заземления: сухой песок – плохой заземлитель.

Помните: металлические оболочки всех подземных коммуникаций коттеджа обя­зательно должны быть связаны с конту­ром заземления!

Есть ли альтернатива штырям молниеотводам?

Модицифицированная и более надежная система но сравнению со штырями-молниеотводами – тросовая. На коньках крыши устанавливают два небольших штыря, между которыми проходит неизолированный провод. Вс конструкция служит токоприемником.

На городских зданиях используется еще один вариант – молниезащитная сеть . Это металлическая сетка с размером ячейки 6 м, проложенная по всей площади крыши. Провода обычно бывают убраны в бетонную стяжку крыши.

Эта технология подходит и для небольших частных домов, но с поправкой: провода рекомендуется прокладывать поверх материала кровли, иначе после удара молнии крышу придется ремонтировать.

Важно: молниезащитная сеть используется только на неметаллической кровле! За пределами сети не должно быть никаких металлических частей, в том числе сливов.

Металлическая кровля при правильном заземлении может работать как большой молнисприемник. Главное, чтобы под ней не было горючих утеплителей: в месте попадания молнии металл может очень сильно разогреться и даже расплавиться. Кстати, по этой причине лучше все-таки пользоваться другими вариантами молниезащиты: ремонт поврежденной крыши может обойтись недешево.

При строительстве коттеджных поселков может использоваться внешняя молниезащита активного типа, которая охватывает сразу несколько зданий. Она основана на принципе ионизации воздуха у молниеприемника и монтируется па специальных мачтах.

Молниеприемник активного типа устанавливается на расстоянии 1 м от самой высокой точки сооружения в поселке, зона покрытия активной системы составляет около 80 мг.

На заметку

Считается, что черепичные крыши безопаснее металлических. На самом деле вероятность попадания молнии не зависит от материала кровли. Сама по себе керамика – хороший изолятор, но любой металлический предмет (гвоздь, труба) под слоем черепицы сводит это преимущество на нет, потому что прямой удар молнии легко раскрошит даже самую толстую черепицу.

По итогам майских гроз пришлось провести ревизию сгоревшего оборудования и хотя ущерб был не так велик материально, но выход из строя некоторого оборудования нарушил устоявшийся комфорт проживания в собственном доме. Так я решил обратиться к специалистам в своей области, проконсультироваться и расширить систему защиты.

Исходные данные: дом, 3 фазы (15 кВт на дом), заземление штырем в 3 м длиной, автономная электросистема на базе солнечных батарей

На фото результат короткого замыкания со стороны линии 10 КВ. Защита не отработала на районной подстанции. Так выглядит вводной щит со стороны 0.4КВ. Автомат IEK на 100А не смог разорвать дугу между губками. Далее по линии стоял МАП HYBRID 9кВт 48В . Отделались легким испугом: в инверторе поменяли варистор, после чего МАП ожил, правда, перестал нормально работать порт RS232. То есть серьезная авария на подстанции, которая сожгла автоматический предохранитель на 100 Ампер, отразилась на инверторе только сгоревшим варистором и ошибками на контроллере, а весь прочий функционал устройства сохранился, как и вся техника, подключенная после него – достойная похвалы работа.

А ниже на фото узел учета со стороны 10 КВ

Эта авария случилась не в моем доме, но мне эти фотографии передали специалисты компании МикроАРТ . В свое время я решил переключиться на оборудование российского производителя для своей гибридной солнечно-сетевой электросистемы и описывал эти устройства и .
У меня же был следующий случай: во время грозы молния ударила в мою подстанцию или рядом, в результате чего отработала защита на вводе в дом. Результатом той грозы явилось сгоревшее зарядное устройство аккумуляторов, подключенное к сети в момент грозы, сгоревшее реле автоматики вентиляции (реле питалось от линии, которую поддерживало то самое ЗУ), а инвертор МАП Hybrid 4.5 кВт начал мигать экраном и перестал генерировать. После грозы перезапуск всех систем вернул дом к электроснабжению, инвертор запустился без проблем, а я задумался о серьезной защите домашней электросети.

Немного теории

Во время грозы в обычной квартире или офисном здании должны отработать защиты, установленные стационарной электросетью. В коттеджном поселке, деревне или на дачах защита, как правило, ограничивается вкопанным заземлением на подстанции и предохранителем, отключающим всю сеть от работы. Причем, по правилам подключения, заземление должно быть смонтировано также на каждом втором столбе и отдельно на конечном, где производится подключение абонентского дома. Пройдя по свой деревне и осмотрев более полусотни столбов, я не нашел ни одного заземления, то есть остается полагаться только на себя.

Вторым «убийственным» фактором является наведенное электричество. Во время молнии происходит довольно мощный всплеск ЭМИ, а проводка дома, по сути, является большой антенной. Чем ближе молния, тем больше вероятность скачка напряжения во внутренней сети. С таким явлением постоянно сталкивались и продолжают сталкиваться монтажники домовых локальных сетей, когда свитчи без заземления, во время грозы, сгорают целыми цепочками.

Итак, нам нужно защититься от внешнего импульса, который может прийти с подстанции и от внутреннего скачка, который может случиться при молнии рядом с домом.

Практика

Молниеотвод

Если Ваш дом находится на возвышении, далеко от любых строений и является высшей точкой на местности, то лучше озаботиться молниеотводом. Устройство это надежное, но необходимо четко высчитать площадь покрытия. На эту тему есть масса материалов в сети. Скажу только, что действие молниеотвода распространяется конусом от высшей точки к земле. Для «прикрытия» всего дома надо ставить либо два молниеотвода с металлическим тросом между ними, либо один, но довольно высоко. Если заземление молниеотвода выполнено отдельно от общего заземления, то необходимо применить систему уравнивания потенциалов.

Выдержки из ИНСТРУКЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ РД 34.21.122-87:
«В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители
электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ. „
“2.5. Для исключения заноса высокого потенциала в защищаемое здание или сооружение но подземным
металлическим коммуникациям (в том числе по электрическим кабелям любого назначения) заземлители защиты от
прямых ударов молнии должны быть по возможности удалены от этих коммуникаций на максимальные расстояния,
допустимые по технологическим требованиям. „

Ввод сети в дом

Опасность ввода высокого напряжения страшна не только в грозу, но и при перехлестывании проводов на столбах или большом перекосе фаз. Обычное дело для деревенских электросетей, когда напряжение по фазам может составлять 180, 200 и 240 В. ГОСТ допускает подачу питания с отклонением напряжения до 10% (если точно, то +10% и -15%) от нормы в 220 в, то есть от 187 до 242 В. Но не вся поставляемая аппаратура может выдержать такие перепады напряжения. Для обычной защиты лучше всего применять стабилизаторы напряжения. Причем есть трехфазные и однофазные стабилизаторы. Чаще всего три однофазных стабилизатора будут работать лучше одного трехфазного, хотя бы потому, что у простейших устройств отслеживается напряжение по одной фазе и изменение (увеличение или снижение) напряжения происходит по всем трем. Упрощенно: при подъеме напряжения со 180 до 220 В, произойдет рост напряжения на другой фазе с 210 до 250 В, что чревато для оборудования. Поэтому отслеживание каждой из фаз будет надежнее. Кроме того, можно выделить несколько типов стабилизаторов:

• Релейный
• Симисторный

Первый обладает высокой точностью установки напряжения, поскольку моторчик скользит водилом по обмоткам и задает нужное напряжение. Плюсы: низкая цена, высокая точность выдаваемого напряжения. Минусы: низкая скорость реакции на скачки напряжения, физический износ механики
Второй обладает повышенной скоростью переключения обмоток трансформатора, но так как мощности могут достигать десятка и более кВт, то контакторы реле изнашиваются и рано или поздно могут залипнуть, что приведет к печальным последствиям. Плюсы: доступная цена, достаточная скорость переключения. Минусы: недостаточная надежность ввиду использования механических реле.
Третий тип наиболее интересный, но и наиболее дорогой. Использование мощных ключей позволяет мгновенно реагировать на изменение входного напряжения и переключать обмотки трансформатора. Физического износа, как и залипания контактов попросту нет. Кроме того, переключение происходит при переходе синуса через ноль, поэтому и скачки также исключены. Плюсы: высокая скорость срабатывания, отсутствие физического износа. Минусы: высокая цена.

Для себя я выбрал более дорогой, но и более надежный вариант, стабилизатор с симисторным управлением СН-LCD “Энергия» на 6 кВт . Так как у меня уже стоит инвертор на 4.5 кВт, который в пике может выдавать до 7 кВт, то решено было выбрать стабилизатор с номинальной мощностью 6 кВт и возможностью выдавать в пике до 7.4 кВт.

Об особенностях работы этих стабилизаторов и какие вообще бывают стабилизаторы можно подробно прочитать .
Ну а мне было интересно его разобрать и посмотреть, что там внутри.

Вскрытие стабилизатора показало

Как видно из фото, стабилизатор использует тороидальный трансформатор, который при тех же размерах, что Ш-образный, имеет больший КПД и меньший вес. Сам трансформатор изготовлен в Туле, а стабилизатор разработан и собран в Москве. Таким образом можно смело заявлять о полностью российском производстве, которое сумели организовать и сохранить в компании МикроАРТ.

Итак, я подстраховался от проседания и роста напряжения в диапазоне 125-275 Вольт, но что делать, если будет резкий скачок напряжения, сильно выходящий за эти пределы? Инвертор как-то показал мне по фазе 287 В, после чего ушел в защиту. Но подай на него 380 В и он попросту сгорит, как и стабилизатор. Хотелось защитить дорогое оборудования. Требовался какой-то расцепитель, который при пороговых значениях напряжения отключал бы внешнюю сеть. Лучше уж остаться без сети, чем потом чинить или менять сгоревшее оборудование. Выход был найден - реле контроля сетевого напряжения УЗМ-51M1 .

Этот девайс создан для обеспечения работы одной фазы, при этом можно вручную задавать верхний и нижний пороги напряжения, при которых реле будет срабатывать. Время отключения составляет около 20 мс, что является очень неплохим показателем. При этом, небольшие просадки или некоторое превышение напряжения не вызовут моментального отключения, а запустится таймер отключения. При возврате параметров к норме реле самостоятельно подключит нагрузку к сети. Итак, домашние устройства защищены от перепадов и скачков внешней электросети при помощи реле контроля напряжения и стабилизатора. В случае исчезновения сети начинает работать инвертор. А что делать, если внешняя сеть уже отключена, молния бьет рядом и проводка дома работает, как антенна?

Защита внутренней сети

Будем исходить из того, что все розетки имеют правильную разводку, заземление выполнено должным образом и лишний заряд стекает в землю. Но скачок напряжения во внутренней сети легко губит всю технику, поскольку все защиты стоят для обороны от внешних скачков. А вот от внутренних наводок ничего нет. С этой мыслью я обратился к инженерам МикроАРТ, когда забирал стабилизатор и мне порекомендовали «Устройство защиты от молний и наводок» - УЗИП .

Это своеобразный разрядник, который при появлении критического напряжения между фазой и землей пропускает через себя импульс, отправляя его на заземление. То есть во время грозы, когда молния ударит рядом и напряжение в домашней сети поднимется до нескольких киловольт по фазному проводу относительно земли и превысит определенное значение, этот УЗИП просто пустит весь заряд в землю. Поэтому он ставится перед инвертором, одним концом подключаясь к фазе, а другим к заземлению. Стоит учесть, что разряд может быть существенным, поэтому на сечении заземляющего провода экономить не стоит, иначе сопротивление провода может оказаться критичным и не успеть передать импульс в землю.

Так выполнено подключение к внешней сети и генератору:

Я уже упоминал, что у меня есть автономная система на солнечных батареях. По проводам, идущим от солнечных батарей, также может прийти серьезный импульс, выводя из строя солнечный контроллер, а за ним и инвертор. Поэтому на каждый из проводов от солнечных батарей я также повесил УЗИП.

Защита от генератора

На самый аварийный случай, когда внешней сети нет, солнца не видно, а аккумуляторы уже сели, у всех автономщиков есть резервный вариант - бензо\дизель генератор. Он позволит домашней сети функционировать, самому поработать мощным инструментом, да еще и аккумуляторы подзарядить. Подобную топологию резервирования я описывал в своем материале . Проблема такого подключения заключается в том, что большинство генераторов выдают крайне нестабильное и «шумное» питание. Иной раз инверторы или зарядники просто не могут работать с таким питанием. Для подавления помех есть специальный сетевой фильтр. Можно обойтись стандартным «пилотом», но он рассчитан, как правило, на мощность до 2-3 кВт, а от генератора зачастую потребляется больше. Итак, я нашел еще и ЭМИ (электромагнитный импульс) фильтр: Сетевой фильтр подавления ЭМП .

Он выдерживает потребляемую мощность до 11 кВт, чего вполне достаточно для питания целого дома, если имеется мощный генератор. Он имеет сквозное подключение и отдельный контакт для заземления.

Итоги проведенных работ

Результатом одной грозы и малых потерь явилось переосмысление способов защиты, как от внешних энергетических коллизий, так и от внутренних. Кроме того, увеличилась защищенность всех электроприборов в доме, как от перепадов напряжения, так и от резких скачков и импульсов. Дополнительно повысилась автономность за счет подключения генератора через фильтр, что гарантирует стабильный заряд батарей и нормальную работу инвертора.
В итоге, электросистема поменялась. До:

Так стало ПОСЛЕ установки защиты:

Схема подключения генератора довольно проста. Любой из проводов объединяется с имеющейся землей и нулем, заведенным в дом. Второй провод после этого становится фазой. Важно выбрать такой переключатель, который будет исключать одновременное замыкание фазы генератора и фазы с подстанции.

Первый запуск всей системы выглядел так:

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.

Молния - это искровой разряд статического электричества, аккумулированного в грозовых облаках. В отличие от разрядов, образующихся на производстве и в быту, электрические заряды, накапливаемые в облаках, несоизмеримо больше. Поэтому энергия искрового разряда - молния и возникающих при этом токов очень велика и представляет большую опасность для человека, животных, строений. Молния сопровождается звуковым импульсом - громом. Сочетание молнии и грома называют грозой.

Гроза - это исключительно красивое природное явление. Как правило, после грозы улучшается погода, воздух становится прозрачен, свеж и чист, насыщен ионами, образующимися при разрядах молнии.

Несмотря на это нужно помнить, что гроза в определенных условиях может представлять большую опасность для человека. Каждый человек должен знать природу грозового явления, правила поведения во время грозы и методы защиты от молнии.

Гроза - сложный атмосферный процесс и ее возникновение обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. Сильная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы. Для грозы характерны сильный ветер, часто интенсивный дождь (снег), иногда с градом. Перед грозой (за час, два) атмосферное давление начинает быстро падать, вплоть до внезапного усиления ветра, а затем начинает повышаться.

Грозы можно разделить на местные, фронтальные, ночные, в горах.

Наиболее часто человек сталкивается с местными, или тепловыми грозами. Водяной пар в восходящем потоке теплого воздуха на высоте конденсируется, при этом выделяется много тепла, и восходящие потоки воздуха нагреваются. По сравнению с окружающим восходящий воздух теплее, он увеличивается в объеме, пока не превратится в грозовое облако. В больших по размеру грозовых облаках присутствуют кристаллики льда и капельки воды. В результате их дробления и трения между собой и о воздух образуются положительные и отрицательные заряды, под действием которых возникает сильное электростатическое по"ле (напряженность электростатического поля может достигать 100 000 В/м).

И разница потенциалов между отдельными частями облака, облаками или облаком и землей достигает громадных величин.

При достижении критической электрической напряженности в воздухе возникает лавинообразная ионизация воздуха - искровой разряд молнии.

Фронтальная гроза возникает, когда массы холодного воздуха проникают в район, где преобладает теплая погода. Холодный воздух вытесняет теплый, при этом последний поднимается на высоту 5-7 км. Теплые слои воздуха вторгаются внутрь вихрей различной направленности, образуется шквал, сильное трение между слоями воздуха, что способствует накоплению электрических зарядов. Длина фронтальной грозы может достигать 100 км. В отличие от местных гроз после фронтальных обычно холодает.

Ночная гроза связана с охлаждением земли ночью и образованием вихревых токов восходящего воздуха.

Гроза в горах объясняется разницей в солнечной радиации, которой подвергаются южные и северные склоны гор. Ночные и горные грозы несильные и кратковременные.

Грозовая активность в различных районах нашей планеты различна. Мировые очаги гроз: остров Ява - 220 грозовых дней в году, Экваториальная Африка - 150, Южная Мексика - 142, Панама - 132, Центральная Бразилия - 106. Россия: Мурманск - 5, Архангельск - 10, Санкт-Петербург - 15, Москва - 20. Как правило, чем южнее (для северного полушария Земли) и севернее (для южного полушария Земли), тем выше грозовая активность. Грозы в Арктике и Антарктике очень редки. На Земле в год происходит 16 миллионов гроз. На каждый м поверхности Земли приходится 2-3 удара молнии в год. В землю чаще всего ударяют молнии из отрицательно заряженных облаков.

По виду молнии различаются на линейные, жемчужные и шаровые.

Жемчужные и шаровые молнии довольно редкое явление.

Распространенная линейная молния, с которой многократно встречается любой человек, имеет вид разветвляющейся линии. Величина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60 - 170 кА, зарегистрирована молния с током 290 кА. Средняя молния имеет энергию 250 кВт в час (900 Мдж).

Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30000 - 33000°С. В результате резко повышается давление, воздух расширяется и возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом.

Жемчужная молния - очень редкое и красивое явление. Появляется сразу после линейной молнии и исчезает постепенно. Чаще всего разряд жемчужной молнии следует по пути линейной. Молния имеет вид 12 м друг от друга и напоминающих жемчуг, нанизанный на нитку. Жемчужная молния может сопровождаться значительными звуковыми эффектами.

Шаровая молния также довольно редка. На тысячи обычных линейных молний приходится 2 -3 шаровых. Шаровая молния, как правило, появляется чаще к концу грозы, реже - после грозы. Может иметь форму шара, эллипсоида, груши, диска и даже цепи шаров. Цвет молнии - красный, желтый, оранжево-красный.

Иногда молния ослепительно белая с очень резкими очертаниями. Цвет определяется содержанием различных веществ в воздухе. Форма и цвет молнии могут меняться во время разряда. Измерить параметры шаровой молнии и смоделировать ее в лабораторных условиях не удалось. По всей видимости, многие наблюдаемые неопознанные летающие объекты (НЛО) по своей природе аналогичны или близки шаровой молнии.

Опасные факторы воздействия молнии

Линейная, молния

В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температур разряда, воздействие ее на человека, как правило, приводит к их смерти.

От удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3000 человек, причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек.

Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления:

Если расположить рядом две мачты - металлическую и более высокую деревянную, то молния, скорее всего, ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводность металла выше;

Молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, поскольку первые обладают большей электропроводностью;

В лесу молния действует тоже избирательно, попадая, прежде всего, в такие лиственные деревья как дуб, тополь, верба, ясень, так как в них содержится много крахмала. Хвойные деревья - ель, пихта, лиственница и такие лиственные деревья как липа, грецкий орех, бук содержат много масел, поэтому оказывают большое электрическое сопротивление, и в них молния ударяет реже.

Из 100 деревьев молнией поражается 27% тополей, 20% груш, 12% лип, 8% елей и только 0,5% кедровых.

кроме поражения людей и животных линейная молния довольно часто является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности. В связи с этим необходимо принимать специальные защиты от поражения линейной молнией.

Шаровая молния

Если природа линейной молнии ясна, а, следовательно, и ее поведение предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор не понятна. Опасность поражения человека шаровой молнией прежде всего связанна именно с отсутствием методов и правил защиты человека от нее.

В 1753 году русский физик Георг Вильгельм Рихман, коллега М.В. Ломоносова, был убит шаровой молнией во время грозы при исследовании искровых разрядов в атмосфере. Известны многие случаи гибели людей при встрече с шаровой молнией.

Драматический случай произошел с группой из пяти советских альпинистов 17 августа 1978 года на Кавказе на высоте около 4000 м, где они остановились в ясную, холодную ночь на ночлег. В палатку к альпинистам залетел светло-желтый шар величиной с теннисный мяч. Шар парил над спальными мешками, в которых находились альпинисты, и методично, по какому-то собственному плану, проник в спальные мешки. Каждый такой «визит» вызывал отчаянный нечеловеческий крик, люди чувствовали сильнейшую боль, как будто их жгли автогеном, и теряли сознание. Они не могли двигать ни руками, ни ногами. После того как шар «посетил» спальные мешки каждого альпиниста по несколько раз, он исчез. Все альпинисты получили множество тяжелых ран. Это были не ожоги, а именно рваные раны: мышцы были вырваны целыми кусками, до самых костей. Одного из альпинистов - Олега Коровина - шар убил. При этом шаровая молния не коснулась ни одного предмета в палатке, а только покалечила людей. Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она неожиданно появляется где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Замечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Она достаточно часто проникает в здания через трубы, открытые окна и двери.

Размеры шаровой молнии бывают от нескольких сантиметров до нескольких метров. Обычно она легко парит или катится над землей, иногда подскакивает. Она реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Однако отмечен случай, когда шаровая молния не реагировала на поток воздуха.

Шаровая молния может появиться, не нанеся вреда человеку или помещению, залететь в окно и исчезнуть из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо человека. Всякий контакт с ней приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Шаровая молния может взорваться. Возникающая при этом воздушная волна способна травмировать человека или привести к разрушениям в здании.

Известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что приводило к разрушению последних. Собранные свидетельства о поведении шаровой молнии говорят, что в большинстве случаев взрывы не были опасны, тяжелые последствия возникали в 10 случаях из 100. Считается, что шаровая молния имеет температуру около 5000°С и может вызвать пожар.

Правила поведения во время грозы

Вспышку молнии мы видим практически мгновенно, та как свет распространяется со скоростью 300 000 км/с. Скорость распространения звука в воздухе равна примерно 344 м/с, то есть примерно за 3 секунды звук проходит 1 километр. Молния опасна тогда, когда за вспышкой тут же следует раскат грома, значит, грозовое облако находится над Вами, и опасность удара молнии наиболее вероятна.

Ваши действия перед грозой и во время нее должны быть следующими:

Выходить из дома, закрыть окна, двери и дымоходы, позаботиться, чтобы не было сквозняка, который может привлечь шаровую молнию. Во время грозы не топить печку, так как дым, выходящий из трубы имеет^ высокую электропроводность, и вероятность удара молнии в возвышающуюся над крышей трубу возрастает;

Радио и телевизоры отключать от сети, не пользоваться электроприборами и телефоном (особенно это важно для сельской местности);

Во время прогулки спрятаться в ближайшее здание. Особенно опасна гроза в поле. При поиске укрытия отдайте предпочтение металлической конструкции больших размеров или конструкции с металлической рамой, жилому дому или " другой постройке, защищенной молниеотводом;

Если нет возможности укрыться в здании, не надо прятаться в небольших сараях, под одинокими деревьями;

Не оставаться на возвышенностях и открытых незащищенных местах, вблизи металлических или сетчатых оград, крупных металлических объектов, влажных стен, заземления молниеотвода;

При отсутствии укрытия лечь на землю, при этом предпочтение следует отдать сухому песчаному грунту, удаленному от водоема;

Если гроза застала Вас в лесу, необходимо укрыться на участке с низкорослыми.деревьями. Нельзя укрываться под высокими деревьями, особенно соснами, дубами, тополями. Лучше находиться на расстоянии 30 м от отдельно высокого дерева. Обратите внимание - нет ли рядом деревьев, ранее пораженных грозой, расщепленных. Лучше держаться подальше от этого места. Обилие пораженных молнией деревьев свидетельствует, что грунт на данном участке имеет высокую электропроводность, и удар молнии в этот участок местности весьма вероятен;

Во время грозы нельзя находиться на воде и у воды - купаться, ловить рыбу. Необходимо подальше отойти от берега;

В горах отойдите от горных гребней, острых возвышающихся скал и вершин. При приближении в горах грозы нужно спуститься как можно ниже. Металлические предметы - альпинистские крючья, ледорубы, кастрюли - собрать в рюкзак и спустить на веревке на 20-30 м ниже по склону;

Во время грозы не занимайтесь спортом на открытом воздухе, не бегайте, так как считается, что пот и быстрое движение «притягивает» молнию;

Если вы застигнуты грозой на велосипеде или мотоцикле, прекратите движение, оставьте их и переждите грозу на расстоянии примерно 30 м от них;

Если гроза застала Вас в автомобиле, не нужно его покидать. Необходимо закрыть окна и опустить автомобильную антенну. Двигаться во время грозы на автомобиле не рекомендуется, поскольку гроза как правило сопровождается ливнем, ухудшающем видимость на дороге, а вспышка молнии может ослепить и вызвать испуг и, как следствие, аварии;

При встрече с шаровой молнией не проявляйте по отношению к ней никакой активности, по возможности сохраняйте спокойствие и не двигайтесь. Не нужно приближаться к ней, касаться ее чем-либо, т.к. может произойти взрыв. Не следует убегать от шаровой молнии, потому что это может повлечь ее за собой возникшим потоком воздуха.

Молниезащита

Эффективным средством защиты от молнии является молниеотводы.

Приоритет изобретения молниеотвода принадлежит американцу Бенджамину Франклину (1749 г.). Несколько позднее в 1758 г., независимо от него, молниеотвод изобрел М.В. Ломоносов.

Молниезашита путем установки молниеотводов основана на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения.

Молниеотвод состоит из трех основных частей: молниеприемника, воспринимающего удар молнии; токовода, соединяющего молниеприемник с заземлителем, через который ток молнии стекает в землю. По типу монниеприемников наиболее распространены стержневые и тросовые. Молниеотводы разделяются на одиночные, двойные и многократные.

Окрест молниеотвода образуется зона защиты, то есть пространство, в пределах которого обеспечивается защита строения или какого-либо другого объекта от прямого удара молнии. Степень защиты в указанных зонах составляет более 95%. Это означает, что из 100 ударов молнии в защищенный объект возможно менее 5 случаев попадания, остальные удары будут восприняты молниеприемником.

Зона защиты ограничивается образующими двух конусов, один из которых имеет высоту Ь, равную высоте молниеотвода, и радиус основания К. = 0,75 Ь, а другой - высоту 0.8 п и радиус основания 1,5 Ь (при радиусе основания второго конуса К = п эффективность защиты обеспечивается на 99%).

Молниеприемники стержневых молниеотводов изготавливают из стали любого профиля, как правило, круглого, сечением не менее 100 мм2 и длиной не менее 200 мм. Для защиты от коррозии ох окрашивают. Молниеприемники тросовых молниеотводов изготавливают из металлических тросов диаметром около 7 мм.

Тоководы должны выдерживать нагрев при протекании очень больших токов разряда молнии в течение короткого промежутка времени, поэтому их делают из металлов с небольшим сопротивлением. Сечение тоководов_на воздухе не должно быть менее 48 мм2, а в земле - 160 мм2.

Заземлители являются важнейшим элементом молниезащиты. Их назначение - обеспечивать достаточно малое сопротивление растеканию тока молнии в грунте. В качестве заземлителя можно использовать зарытые в землю на глубину 2 - 2,5 м металлические трубы, плиты, мотки проволоки и сетки, куски металлической арматуры.

Молниеотводы желательно устанавливать на возвышенностях, чтобы сократить путь молнии и увеличить размеры зоны защиты. Дымовые трубы, фронтоны, выступы на крыше, телевизионные антенны нужно заземлить с помощью тоководов. Металлические водосточные трубы и лестницы, ведущие на крышу, желательно соединить с тоководом или заземлить отдельно.

При выполнении молниезащиты нужно обязательно соблюдать следующие требования:

Сечение молниеприемника и тоководов должны быть достаточными (не менее 48 мм);

Тоководы не должны иметь резких изгибов и жесткого закрепления, ток как при разогреве протекающим током они расширяются и деформируются. Если тоководы проходят по крыше или стене из горючих материалов (рубероида, дерева) они располагаются на расстоянии около 15 мм от поверхности крыши или стены.

Заземление молниеотвода должно быть не более 20 см и располагаться не ближе 3 м от подземных коммуникаций, идущих в здание, например, водопроводных труб. Заземление желательно располагать в местах, малодоступных или редко посещаемых людьми и домашними животными, чтобы уменьшить вероятность поражения шаговым напряжением. При недостаточной проводимости грунта (сухой песчаный грунт) его можно подсолить, при этом его проводимость увеличится более чем в 10 раз.

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.