Как защищает молниеотвод
Молниезащита — это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение опасных последствий удара. К этому комплексу относят не только средство защиты от прямого удара молнии — молниеотвод, но и средства защиты от вторичных воздействий молнии и заноса потенциала.
Защитное свойство молниеотводов основано на свойстве молнии с большей долей вероятности поражать более высокие и хорошо заземленные предметы по сравнению с расположенными рядом объектами меньшей высоты. Для того чтобы понять, как работает молниеотвод, нужно знать закономерности образования и развития разряда молнии.
В облаке происходит накопление и разделение электрических зарядов, этому способствуют аэродинамические и термодинамические процессы.
При большой концентрации в облаке зарядов, происходит разряд облака на землю имеющий вид линейной молнии.
Разряд молнии начинается с развития лидера, слабо светящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера — от облака вниз или от наземного сооружения вверх — молнии разделяются на нисходящие и восходящие (рис.1).
Рисунок 1. Формирование восходящего и нисходящего лидера
(из открытых источников)
Поток заряженных частиц нисходящей молнии возникает под действием процессов в грозовом облаке, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле, с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером или касание одного из них поверхности земли определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.
Нисходящий лидер формируется в центре облака и двигается вниз к земле ступенями в нескольких десятков метров. Одновременно, по мере снижения нисходящего лидера, электрический заряд в атмосфере на уровне земли увеличивается. В любой расположенной поблизости возвышенной точке, типа опоры электропередач или молниеотвода, немедленно начинается естественная ионизация в виде электрических разрядов. Это явление объясняется эффектом истечения заряда с острия или эффектом короны.
Как только нисходящий лидер окажется достаточно близко к земле, ионизация усиливается, особенно около любой возвышенной точки, и, в конечном счете, превращается в направленный вверх разряд, восходящий лидер, поднимающийся к облаку. Когда один из этих направленных вверх разрядов встречается с нисходящим лидером, образуется проводящая дорожка, по которой пробегает мощный ток. Это и есть молния, характеризующаяся яркой вспышкой и оглушительным звуком грома.
Таким образом, молниеотвод, возвышающийся над защищаемым объектом как бы перехватывает канал молнии, индуцированные заряды на защищаемом объекте не накапливаются и вероятность удара молнии в объект снижается.
Любой молниеотвод состоит из нескольких типовых конструктивных элементов: молниеприемника — устройства для восприятия тока молнии, токоотвода — проводящего элемента служащего для соединения молниеприемника с зазаемлителем, заземлителя — устройства служащего для отвода тока молнии в землю, и опоры — устройства для крепления всех элементов.
По типу конструкции молниеотводы отличаются видом молниеприемника и бывают стержневые, тросовые и в виде сетки.
Каждый тип молниеотвода образует свою зону защиты — пространство, прилегающее к молниеотводу внутри которого вероятность попадания молнии меньше, однако вероятность прорыва зоны защиты все же существует.
Геометрические параметры зоны защиты будут зависимости от типа молниеотвода. Так, зона защиты стержневого молниеотвода образует круговой конус, а тросового молниеотвода — усеченной трапеции (рис. 2). Размер зоны защиты будет зависеть от высоты молниеотвода. Стоит отметить, что радиус зон защиты на уровне высоты объекта и на уровне земли будет значительно отличаться. Молниеотводы в виде сетки равновероятно защищают всю площадь поверхности объекта от поражения молнией.
Рисунок 2. Зоны защиты стержневого и тросового молниеотвода
(из открытых источников)
Количественно защитное действие молниеотвода определяется вероятностью прорыва – отношением числа ударов молнии в защищаемый объект к общему числу ударов в молниеотвод и объект. Геометрические параметры зон защиты и степень надежности, которую они должны обеспечивать будет зависеть от конфигурации здания и особенностей технологического процесса. Чем опаснее технологический объект с точки зрения пожарной и взрывопожарной опасности, тем надежнее должна быть выполнена защита. Кроме того, при оценке опасности поражения молнией объекта всегда оценивается интенсивность грозовой деятельности. Интенсивность грозовой деятельности в свою очередь зависит от места расположения объекта, климатических условий и рельефа местности.
Молниеотвод — это надежное и эффективное средство защиты от прямого удара молнии, однако следует помнить, что неисправная или неправильно выполненная система молниезащиты не только не защищает, а увеличивает вероятность поражения молнией объекта.
