"Молниезащита для новичков"
(серия статей начального уровня)

Это серия статей о молниезащите наземных сооружений от прямых ударов молнии и от ее вторичных воздействий. Последние относят сегодня к категории внутренней молниезащиты.

Речь пойдет не только о жилых зданиях, но и об офисных, о промышленных и складских сооружениях. Будут рассмотрены основные виды опасных проявлений молнии, обусловленных контактом с ее высокотемпературным каналом, воздействием тока и электромагнитного поля в воздухе и в грунте.

Предполагается свести математический аппарат к элементарным формулам, но, тем не менее, предоставить читателю возможность инженерных оценок, достаточных для определения степени опасности конкретных молниевых воздействий, частоты их возникновения и эффективности выбранных средств защиты.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

1. Стоит ли заниматься молниезащитой?

Такой вопрос закономерно возникает не только у г. Плюшкина, но у любого здравого собственника, когда он с гордостью осматривает только что построенный коттедж, новое складское помещение, здание торгового центра или уже введенный в работу производственный цех.

Вопрос не праздный. Молниезащита стоит денег, в ряде случаев не малых, а грозы в наших местах не так уж часты, длятся они час, два от силы, да и большинство молний вспыхивает между облаками, а не устремляется к земле. Рядом стоят давно построенные дома. Никаких молниеотводов на них не видно. Все там цело и никто не жалуется.

С этого, пожалуй, и надо начинать. Молниеотводов действительно не видно, но кто сказал, что здания не защищены от молнии? Молниезащита – это не только и даже не столько установка молниеотводов. Чтобы защититься от молнии сегодня, приходится создавать целый арсенал защитных средств, потому что молния очень изобретательна в выборе оружия и предпочитает обходные маневры лобовой атаке.

(продолжение на отдельной странице)

2. Молния глазами пожарного

Много лет назад, когда в стране еще активно работала студия научно-популярных фильмов. в нашу лабораторию приехали киношники. Они хотели снять сюжет о лабораторных испытаниях молниеотводов.

На рабочем поле под генератором на 3 миллиона вольт (он был закреплен под потолком и висел вверх ногами) разместили декорацию. Искра длиной в 6 метров была успешно перехвачена моделью стержневого молниеотвода. Теперь настала очередь показать нерадивого хозяина, у которого дом без молниеотвода. По сценарию после удара искры – молнии он должен сгореть. Искра не промахнулась. Она пробила фанерную крышу декорации и ударила в заземленный металлический пол лаборатории. Пламени не было. Плеснули на крышу спирта, повторили разряд – эффект тот же. Поставили внутрь игрушечного домика блюдце со спиртом и через проволоку подвели искру прямо к нему. Не помогло. Киношники уехали ни с чем, жалуясь на слабую мощность искры.

Претензии к искре предъявляли зря. Температура ее канала была никак не меньше 6000 C, примерно столько же, как у дуги хорошего сварочного аппарата. Время существования искры оценивалось в десятки микросекунд. Примерно столько же длится мощный импульс тока в канале молнии. А вот пожара так и не получилось, даже игрушечного.

(продолжение на отдельной странице)

3. Бояться ли молнии?

"Боитесь ли вы молнии" – мне неприятна такая постановка вопроса. Она по своей сути предполагает обреченность и безынициативность. Лучше уж обсуждать опасность молнии. Это слово  подразумевает конкретные воздействия, которые следует знать и от которых следует защищаться. Знание всегда активно. Оно предполагает ответные действия. Главная цель этой статьи – устранить мифические страхи и подтолкнуть читателя к эффективной защите от молнии.

Когда пугают молнией, в первую очередь называют напряжение на ее канале относительно земли. Сто миллионов вольт звучат очень впечатляюще, особенно для человека, который ненароком сунул пальцы в розетку с напряжением всего в 220 В. Не пытайтесь сопоставить эти два напряжения, чтобы оценить силу молнии. Такое сравнение не даст честного результата.  Прямой контакт с электрической сетью 220 В заставит вас в полной мере 220 В и почувствовать. А при ударе молнии в человека напряжение распределится прямо пропорционально по сопротивлениям молниевого канала и человеческого тела. Специалисты по технике безопасности  ориентируются на сопротивление человека в 1000 Ом. Сколько у молнии? Пока молниевый канал прорастает к земле, его проводимость не слишком велика. Сопротивление канала вполне может составлять 100 Ом на метр длины. При длине  в 5000 м (это вполне средняя цифра для молнии)  получается в 500 раз больше, чем у человека. Значит человек попадет не под 100 000 000 В, а всего под 200 000 В.

(продолжение на отдельной странице)

4. После удара молнии в землю

После этой телепередачи “Новостей” с популярностью высоковольтников не могли соперничать даже поп-звезды. Всем хотелось знать, правда ли, что после удара молнии гражданин Китая грохнулся на землю, быстро вскочил, отряхнулся и хотел было двинуться дальше, но вторая молния сбила его с ног еще раз и опять без смертельного исхода. Похожих историй немало. В популярных книжках и журналах вам расскажут о массовом поражении футболистов на стадионе, пассажиров на автобусной остановке, едва ли не целого стада коров на пастбище. Истории жуткие. Десяток человек в больнице. Но в больнице же, - не на кладбище. Может быть опасность молнии сильно преувеличена, если человек в состоянии выдержать ее прямое воздействие? Только кто сказал, что воздействие прямое? Чаще всего это не так.

(продолжение на отдельной странице)

5. Надежны ли молниеотводы?

Изобрести молниеотвод очень просто. Молния это всего лишь длинная искра, которая пробивает слой воздуха, очень качественного изолятора. Чем толще этот слой, тем труднее его пробить. Значит нужно помочь молнии, сократив длину изоляционного промежутка. Это и делает металлический штырь молниеотвода. Всякие “мелочи” вроде доказательства электрической природы молнии, постановки совсем небезопасного эксперимента с запуском змея в грозовое облако мы опускаем. Б. Франклину они стоили многого. На его счастье змей тянул за собой не проволоку, а тонкую тканевую нить. Даже намокнув, она была очень посредственным проводником. Иначе бы имя Франклина было поставлено в один ряд с Г. Рихманом – первой жертвой среди известных исследователей молнии. Его бюст стоит на одной из улиц Пярну в Эстонии, откуда он родом.

(продолжение на отдельной странице)

6. Зачем нужны токоотводы?

Молниеотвод – простое устройство. Он состоит из молниеприемника, в который ударяет молния, и заземляющего устройства, через которое ток молнии попадает в землю и растекается там. Молниеприемник должен быть металлически связан с заземлителем. Эту связь осуществляет токоотвод. Его функцию часто выполняют металлоконструкции опоры, на которой установлен молниеприемник. В этом случае ток молнии потечет к земле через арматурные стержни, спрятанные в бетоне. Казалось бы, все понятно и не нуждается в объяснениях. Тем не менее, специалисты продолжают присматриваться к токоотводам и с каждым годам все пристальнее. Столь повышенный интерес к пассивно ведущей себя железке заслуживает внимания.

(продолжение на отдельной странице)