Чтение онлайн

Первое устройство, защищающее строения от удара молнии, – громоотвод был сконструирован еще в середине XVIII века профессором Петербургского университета Георгом Рихманом. При испытании этого устройства сам конструктор погиб, однако принципы, заложенные им в конструкцию громоотвода, не только не забыты, но и служат людям многие годы, ежегодно спасая от гибели не одну тысячу людей. Все гениальное просто: ученый заземлил молнию, показав ей наиболее короткий и самый легкий путь в землю – по металлическому стержню.

Подавляющее большинство молний (около 95 %) имеют 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 шпилях возникает видимое свечение.

Разряды молнии положительной полярности отмечаются редко. Они характеризуются очень большой силой тока – до 200 000 А. Длина пути линейной молнии может достигать нескольких километров.

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 минут. 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, против шаровой молнии неэффективны. 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. Такую сетку делают из медной или стальной круглой проволоки диаметром 2–2,5 мм и надежно заземляют.

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 зданий и сооружений. 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, глины).

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.

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, то есть 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.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м включительно имеет вид кругового конуса (рис. 82).

Рис. 82. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1 – граница зоны защиты молниеотвода; 2 – молниеотвод; 3 – зона защиты на уровне высоты hx защищаемого объекта; 4 – граница зоны защиты на уровне земли.

Вершина конуса, в зависимости от типа зоны защиты, определяется высотой h0. На уровне земли зона защиты образуется кругом радиусом R0. В горизонтальном сечении зона защиты на высоте защищаемого объекта hx определяется радиусом защиты Rx, проведенным от молниеотвода до границы зоны защиты параллельно поверхности земли.

В зоне защиты типа А параметры h, R, Rx определяются следующим образом:

В зоне защиты Б:

При известных значениях hx и Rx необходимая высота молниеотвода h для зоны защиты типа Б определяется по формуле

При среднегрозовой деятельности более 20 часов в год (в средней полосе России она колеблется от 20 до 80 часов) необходимо устраивать молниезащиту (громоотвод). Сделать это несложно после ознакомления с системой расчетов.

Система молниезащиты состоит из трех элементов – приемника молний, проводника тока и заземлителя (рис. 83).

Рис. 83. Простейший громоотвод: а – общий вид; б – варианты устройства заземлителей «птичья лапа» и «треугольник»: 1 – молниеприемник; 2 – токоотвод; 3 – заземлитель.

Молниеприемник воспринимает прямой удар молнии и должен выдерживать большие тепловые и динамические нагрузки, чтобы устоять и не расплавиться. Для его изготовления используют полосовую и круглую сталь с наименьшим сечением 60 мм2 при длине не менее 20 см. Место размещения молниеприемника – самая высокая точка крыши, положение – строго вертикальное.

На рис. 84 показано, как конкретно устроить молниезащиту небольшого дома. Токоотвод изготавливают из оцинкованной круглой стальной проволоки диаметром не менее 5–6 мм.

К молниеприемнику его присоединяют сваркой, пайкой или болтовыми соединениями, при этом площадь контакта должна быть в 2 раза больше площади сечения стыкуемых деталей. Токоотвод прокладывают кратчайшим путем в местах наиболее вероятного удара молнии (по конькам крыш, по выступам и краям фронтонов), его крепление осуществляют хомутами, скобами, гвоздями. Если крыша строения изготовлена из легковозгораемого материала, то трасса токоотвода должна отстоять от нее минимум на 15–20 см.

Рис. 84. Молниезащита небольших домов стержневыми и тросовым молниеотводами: а – установленными на крыше; б – крепление молниеприемника к дымовой трубе; 1 – молниеприемник тросовый; 2 – молниеприемники стержневые (вилка); 3 – планка деревянная; 4 – заземлители; 5 – токоотвод; 6 – скобы; 7 – проволока вязальная (оцинкованная) диаметром 3–5 мм.

Назначение заземлителя – отвод тока в грунт, поэтому электрическое сопротивление материала, из которого он изготовлен, должно иметь минимальное значение. Располагать заземлитель следует таким образом, чтобы расстояние от него до крыльца и пешеходных дорожек было не менее 5 м. Чтобы воспрепятствовать проходу людей и животных в месте расположения заземлителя (для их защиты от шагового напряжения, которое возникает в момент отвода молнии в землю), его обносят оградой радиусом не менее 4 м.