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:

Молния всегда будила фантазию человека и стремление познавать мир. Она принесла на землю огонь, приручив который, люди стали могущественнее. Мы пока не рассчитываем на покорение этого грозного природного явления, но хотели бы «мирного сосуществования». Ведь чем совершеннее создаваемая нами техника, тем опаснее для нее атмосферное электричество. Один из способов защиты - заранее, с помощью специального имитатора, оценивать уязвимость промышленных объектов для тока и электромагнитного поля молнии.

Любить грозу в начале мая легко поэтам и художникам. Энергетик, связист или космонавт от начала грозового сезона в восторг не придет: слишком большие неприятности он обещает. В среднем на каждый квадратный километр территории России ежегодно приходится около трех ударов молний. Их электрический ток доходит до 30 000 А, а у самых мощных разрядов может превысить 200 000 А. Температура в хорошо ионизированном плазменном канале даже умеренной молнии может достигать 30000 °С, что в несколько раз больше, чем в электрической дуге сварочного аппарата. И конечно, это не сулит ничего хорошего многим техническим объектам. Пожары и взрывы от прямого попадания молнии хорошо знакомы специалистам. А вот обыватели риск подобного события явно преувеличивают.

Наконечник флагштока останкинской телебашни. Видны следы оплавленияВ реальности «небесная электрозажигалка» не столь уж эффективна. Представьте: вы пытаетесь развести огонь во время урагана, когда из-за сильного ветра трудно зажечь даже сухую солому. Еще мощнее воздушный поток от канала молнии: ее разряд рождает ударную волну, громовой раскат которой срывает и гасит пламя. Парадокс, но слабая молния пожароопаснее, особенно, если по ее каналу в течение десятых долей секунды (целая вечность в мире искровых разрядов!) протекает ток около 100 А. Последний мало чем отличается от дугового, а электрическая дуга подожжет все, способное гореть.

Впрочем, для здания обычной высоты попадание молнии — явление не частое. Опыт и теория показывают: она «притягивается» к наземному сооружению с расстояния, близкого к трем его высотам. Десятиэтажная башня соберет около 0,08 молний ежегодно, т.е. в среднем 1 удар за 12,5 лет эксплуатации. Дачный домик с мансардой — примерно в 25 раз меньше: в среднем владельцу придется «ждать» около 300 лет.

Но не будем и преуменьшать опасность. Ведь если молния ударит хотя бы в один из 300-400 поселковых домов, местные жители вряд ли сочтут это событие ничтожным. А есть объекты гораздо большей протяженности — скажем, линии электропередачи (НЭП). Их длина вполне может превысить 100 км, высота — 30 м. Значит, справа и слева каждая из них соберет удары с полос шириной по 90 м. Общая площадь «стягивания» молний превысит 18 км2, их число — 50 за год. Разумеется, стальные опоры линии при этом не сгорят, провода не расплавятся. В наконечник флагштока Останкинской телебашни (Москва) молнии ударяют примерно 30 раз в год, однако ничего страшного не происходит. А чтобы понять, чем они опасны для ЛЭП, нужно познать природу электрических, а не термических воздействий.

ГЛАВНАЯ СИЛА МОЛНИИ

При ударе в опору электрической линии ток стекает в землю через сопротивление заземления, которое, как правило, составляет 10-30 Ом. При этом даже «средняя» молния, с током 30 000 А, создает напряжение 300-900 кВ, а мощная — в несколько раз больше. Так возникают грозовые перенапряжения. Если они достигают мегавольтного уровня, изоляция ЛЭП не выдерживает и пробивается. Происходит короткое замыкание. Линия отключается. Еще хуже, когда канал молнии прорывается непосредственно к проводам. Тогда перенапряжение на порядок выше, чем при поражении опоры. Борьба с этим явлением и сегодня остается трудной задачей электроэнергетиков. Причем по мере совершенствования техники ее сложность лишь нарастает.

Останкинская телебашня выступила в роли молниеотвода, пропустив удар молнии на 200 м ниже вершиныЧтобы удовлетворить стремительно растущие потребности человечества в энергии, современные электростанции должны объединяться в мощные системы. В России сейчас функционирует единая энергетическая система: все ее объекты работают взаимосвязанно. Поэтому случайный выход из строя даже одной ЛЭП или электростанции может привести к серьезным последствиям, похожим на происшедшее в Москве в мае 2005 г. В мире отмечено немало системных аварий по вине молний. Одна из них — в США в 1968 г. нанесла многомиллионный ущерб. Тогда грозовой разряд отключил одну ЛЭП, и энергосистема не справилась с возникшим дефицитом энергии.

Неудивительно, что защите ЛЭП от молний специалисты уделяют должное внимание. По всей длине воздушных линий напряжением 110 кВ и более подвешивают специальные металлические тросы, стремясь сверху уберечь провода от прямого попадания. Их изоляцию максимально усиливают, сопротивление заземления опор предельно снижают, а для дополнительного ограничения перенапряжений используют полупроводниковые устройства, подобные тем, что защищают входные цепи компьютеров или высококачественных телевизоров. Правда, их сходство — только в принципе действия, рабочее же напряжение для линейных ограничителей исчисляется миллионами вольт — оцените масштабы затрат на защиту от молнии!

Часто спрашивают, реально ли спроектировать абсолютно молниестойкую линию? Ответ однозначный — да. Но тут неизбежны два новых вопроса: кому это надо и сколько будет стоить? Ведь если нельзя повредить надежно защищенную ЛЭП, то можно, например, сформировать ложную команду на отключение линии или просто разрушить низковольтные цепи автоматики, которые в современном исполнении построены на микропроцессорной технике. Рабочее напряжение микросхем с каждым годом снижается. Сегодня оно исчисляется единицами вольт. Вот где простор для молнии! И нет нужды в прямом ударе, ибо она способна действовать дистанционно и сразу на больших площадях. Главным ее оружием становится электромагнитное поле. Выше говорилось о токе молнии, хотя для оценки электродвижущей силы магнитной индукции важен и ток, и скорость его роста. У молнии последняя может превышать 2 . 1011 А/с. В любом контуре площадью 1 м2 на расстоянии 100 м от канала молнии такой ток наведет напряжение примерно вдвое выше, чем в розетках жилого дома. Не нужно большой фантазии, чтобы представить судьбу микросхем, рассчитанных на напряжение порядка одного вольта.

В мировой практике известно множество тяжелых аварий из-за разрушения цепей управления грозовым разрядом. В этот перечень попадают повреждения бортовой аппаратуры авиалайнеров и космических кораблей, ложные отключения сразу целых «пакетов» высоковольтных ЛЭП, выход из строя аппаратуры антенных систем мобильной связи. К сожалению, заметное место здесь занимают и «бьющие» по карману обычных граждан повреждения бытовой техники, все больше заполняющей наши дома.

ПУТИ ЗАЩИТЫ

Мы привыкли рассчитывать на защиту молниеотводами. Помните оду великого естествоиспытателя XVIII в., академика Михаила Ломоносова на их изобретение? Наш знаменитый соотечественник восторгался победой, говорил, что небесный огонь перестал быть опасным. Конечно, это приспособление на крыше жилого дома не даст молнии поджечь деревянный настил или другие горючие строительные материалы. В отношении же электромагнитных воздействий он бессилен. Совершенно безразлично, течет ли ток молнии в ее канале или по металлическому стержню молниеотвода, все равно он возбуждает магнитное поле и наводит за счет магнитной индукции во внутренних электрических цепях опасное напряжение. Для эффективной борьбы с этим молниеотвод обязан перехватывать канал разряда на отдаленных подступах к защищаемому объекту, т.е. стать очень высоким, потому что наводимое напряжение обратно пропорционально расстоянию до проводника с током.

Сегодня накоплен большой опыт использования таких конструкций разной высоты. Однако статистика не слишком утешительная. Зону защиты стержневого молниеотвода обычно представляют в виде конуса, осью которого он является, но с вершиной, расположенной несколько ниже, чем его верхний конец. Обычно 30-метровый «стержень» обеспечивает 99%-ную надежность защиты здания, если возвышается над ним примерно на 6 м. Добиться этого — не проблема. Но с увеличением высоты молниеотвода расстояние от его вершины до «прикрываемого» объекта, минимально необходимое для удовлетворительной защиты, стремительно нарастает. Для 200-метровой конструкции той же степени надежности этот параметр уже превышает 60 м, а для 500-метровой — 200 м.

В подобной роли выступает и упомянутая Останкинская телебашня: она не в состоянии защитить самое себя, пропускает удары молнии на расстоянии 200 м ниже вершины. Радиус зоны защиты на уровне земли для высоких молниеотводов также резко увеличивается: у 30-метрового он сопоставим с его высотой, у той же телебашни — 1/5 ее высоты.

Иными словами, нельзя надеяться, что молниеотводы традиционной конструкции сумеют перехватить молнию на дальних подступах к объекту, особенно если последний занимает большую площадь на поверхности земли. Значит, нужно считаться с реальной вероятностью грозового разряда в территорию электрических станций и подстанций, аэродромов, складов жидкого и газообразного топлива, протяженных антенных полей. Растекаясь в земле, ток молнии частично попадает в многочисленные подземные коммуникации современных технических объектов. Как правило, там находятся электрические цепи систем автоматики, управления и обработки информации - тех самых микроэлектронных устройств, о которых говорилось выше. Кстати, расчет токов в земле сложен даже в самой простейшей постановке. Трудности усугубляются из-за сильных изменений сопротивления большинства грунтов в зависимости от силы растекающихся в них токов килоамперного уровня, как раз свойственных разрядам атмосферного электричества. К расчету цепей с такими нелинейными сопротивлениями неприменим закон Ома.

К «нелинейности» грунта добавляется вероятность образования в нем протяженных искровых каналов. Ремонтные бригады кабельных линий связи хорошо знакомы с такой картиной. От высокого дерева на лесной опушке по земле тянется борозда, будто от сохи или старинного плуга, и обрывается точно над трассой подземного телефонного кабеля, который в этом месте поврежден - металлическая оболочка смята, изоляция жил разрушена. Так проявилось действие молнии. Она ударила в дерево, и ее ток, растекаясь по корням, создал в грунте сильное электрическое поле, сформировал в нем плазменный искровой канал. Фактически молния как бы продолжила свое развитие, только не по воздуху, а в земле. И так она может проходить десятки, а в особенно плохо проводящих ток грунтах (скальных или вечномерзлых породах) и сотни метров. Прорыв ее к объекту осуществляется не традиционным путем — сверху, а, минуя любые молниеотводы, снизу. Скользящие разряды вдоль поверхности грунта хорошо воспроизводятся в лаборатории. Все эти сложные и сильно нелинейные явления нуждаются в экспериментальном исследовании, моделировании.

Ток для рождения разряда может быть сформирован искусственным импульсным источником. Энергия около минуты накапливается в конденсаторной батарее, а потом за десяток микросекунд «выплескивается» в бассейн с грунтом. Подобные емкостные накопители есть во многих высоковольтных исследовательских центрах. Их габариты достигают десятков метров, масса — десятков тонн. Такие не доставишь на территорию электрической подстанции или другого промышленного объекта, чтобы в полном масштабе воспроизвести условия растекания токов молнии. Это удается разве что случайно, когда объект соседствует с высоковольтным стендом — например, в открытой установке Сибирского научно-исследовательского института энергетики импульсный генератор высоких напряжений размещен рядом с ЛЭП в 110 кВ. Но это, конечно, исключение.

ИМИТАТОР УДАРА МОЛНИИ

На деле же речь должна идти не об уникальном эксперименте, а о рядовой ситуации. В полномасштабной имитации тока молнии крайне нуждаются специалисты, поскольку только так можно получить достоверную картину распределения токов по подземным коммуникациям, измерить последствия воздействия электромагнитного поля на устройства микропроцессорной техники, определить характер распространения скользящих искровых каналов. Соответствующие испытания должны стать массовыми и производиться до ввода в эксплуатацию каждого принципиально нового ответственного технического объекта, как это давно делается в авиации, космонавтике. Сегодня нет иной альтернативы, кроме создания мощного, но малогабаритного и мобильного источника импульсных токов с параметрами тока молнии. Его макетный образец уже существует и успешно испытан на подстанции «Донино» (110 кВ) в сентябре 2005 г. Все оборудование разместилось в заводском прицепе от серийной «Волги».

Мобильный испытательный комплекс построен на основе генератора, который преобразует механическую энергию взрыва в электрическую. Этот процесс в основном хорошо известен: он имеет место в любой электрической машине, где механическая сила движет ротор, противодействуя силе его взаимодействия с магнитным полем статора. Принципиальное различие же состоит в исключительно высокой скорости выделения энергии при взрыве, быстро разгоняющего металлический поршень (лайнер) внутри катушки. Он за микросекунды вытесняет магнитное поле, обеспечивая возбуждение высокого напряжения в импульсном трансформаторе. После дополнительного усиления импульсным трансформатором напряжение формирует ток в испытуемом объекте. Идея этого устройства принадлежит нашему выдающемуся соотечественнику, «отцу» водородной бомбы академику А.Д. Сахарову.

Взрыв в специальной высокопрочной камере разрушает лишь катушку длиной 0,5 м и лайнер внутри нее. Остальные элементы генератора используют многократно. Схему можно настроить так, чтобы скорость роста и длительность формируемого импульса соответствовали аналогичным параметрам тока молнии. Причем его удается «вогнать» в объект большой длины, например, в провод между опорами ЛЭП, в контур заземления современной подстанции или в фюзеляж авиалайнера.

При испытаниях макетного образца генератора в камеру заложили всего 250 г взрывчатки. Этого достаточно для формирования импульса тока амплитудой до 20 000 А. Правда, для первого раза на столь радикальное воздействие не пошли — ток ограничили искусственно. При запуске установки раздался лишь легкий хлопок погашенного камерой взрыва. А проверенные затем записи цифровых осциллографов показали: импульс тока с заданными параметрами успешно был введен в молниеотвод подстанции. Датчики отметили скачок напряжения в различных точках контура заземления.

Ныне штатный комплекс в процессе подготовки. Он будет настроен на полномасштабную имитацию токов молнии и при этом разместится в кузове серийного грузовика. Взрывная камера генератора рассчитана на работу с 2 кг взрывчатки. Есть все основания считать, что комплекс окажется универсальным. С его помощью можно будет испытывать на устойчивость к воздействию тока и электромагнитного поля молнии не только электроэнергетические, но и другие крупногабаритные объекты новой техники: АЭС, телекоммуникационные устройства, ракетные комплексы и т.д.

Хотелось бы закончить статью на мажорной ноте, тем более, что для этого есть основания. Ввод штатного испытательного комплекса позволит объективно оценивать эффективность самых современных защитных средств. Тем не менее, какая-то неудовлетворенность все равно остается. Фактически человек снова идет на поводу у молнии и вынужден мириться с ее своеволием, теряя при этом немало денег. Применение средств молниезащиты приводит к увеличению габаритов и веса объекта, растут затраты дефицитных материалов. Вполне реальны парадоксальные ситуации, когда размеры защитных средств превышают таковые защищаемого конструктивного элемента. В инженерном фольклоре хранится ответ известного авиаконструктора на предложение спроектировать абсолютно надежный самолет: такую работу можно выполнить, если заказчик смирится с единственным недостатком проекта — самолет никогда не оторвется от земли. В молниезащите сегодня происходит нечто подобное. Вместо наступления специалисты держат круговую оборону. Чтобы вырваться из порочного круга, нужно понять механизм формирования траектории молнии и найти средства управления этим процессом за счет слабых внешних воздействий. Задача сложная, но далеко не безнадежная. Сегодня ясно, что молния, движущаяся от облака к земле, никогда не ударяет в наземный объект: от его вершины навстречу приближающейся молнии прорастает искровой канал, так называемый встречный лидер. В зависимости от высоты объекта он вытягивается на десятки метров, иногда на несколько сотен и встречает молнию. Конечно, это «свидание» происходит не всегда — молния может промахнуться.

Но вполне очевидно: чем раньше возникнет встречный лидер, тем дальше он продвинется к молнии и, значит, больше шансов на их встречу. Следовательно, нужно научиться «тормозить» искровые каналы от защищаемых объектов и, напротив, стимулировать от молниеотвода. Основание для оптимизма внушают те весьма слабые внешние электрические поля, в которых формируется молния. В грозовой обстановке поле у земли около 100-200 В/см — примерно такое же, как на поверхности электрического шнура утюга или электробритвы. Раз молния довольствуется такой малостью, значит столь же слабыми могут быть управляющие ею воздействия. Важно только понять, в какой момент и в каком виде они должны быть поданы. Впереди трудная, но интересная исследовательская работа.

Академик Владимир ФОРТОВ, Объединенный институт физики высоких температур РАН, доктор технических наук Эдуард БАЗЕЛЯН, Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского.

Cегодня 2 августа. Этим днем управляет Илья-пророк, могучий и властный, которого в древности уважали, почитали и даже немного побаивались. Илья-пророк был повелителем грозы и молнии. Недаром наши бабушки во время грозы говорят: «Это Илья Пророк на золотой колеснице в небе катается». Детям в старые времена рассказывали, что белобородый старец катается в грохочущей колеснице по небу и карает всех грешных своими огненными стрелами. Крестьяне же не работали в этот день в земле, опасаясь огненного наказания Ильи.

Мы то, конечно, знаем, что гроза – это не божье наказание за провинности, а вполне нормальное и давно изученное природное явление, и что бояться нужно не грома, а молнии. Вероятность умереть от удара молнии ничтожно мала, примерно, одна десятимиллионная доля вероятности. Конечно, от других явлений природы люди погибают гораздо в больших количествах, но не стоит пренебрегать этой опасностью и упускать из вида ее печальные последствия.

Что такое молния?

Молния – это мощный электрический разряд, температура которого почти в 5 раз больше температуры солнца. В мире каждую минуту образуется примерно 6000 молний. Она ударяет в предметы, которые находятся ближе к ней, и обладают большей проводимостью.

Удар молнии вызывает остановку сердца и дыхания, паралич, специфические ожоги на теле. Чаще всего от удара молнией возникает мгновенная смерть. Чтобы не стать жертвой стрел Ильи-пророка, нужно соблюдать несложные правила во время грозы.

Как можно предугадать начинающуюся грозу?

В начале, на небе образуются башнеобразные дождевые тучи, которые чаще всего надвигаются против ветра. Расстояние до грозы можно подсчитать по времени между вспышкой молнии и первым раскатом грома. Пауза, которая длится 1 секунду, равно 300-400 м, 3 секунды – 1 км. Чем меньше расстояние, тем опаснее приближающаяся гроза.
Если вы определили, что гроза движется именно в вашу сторону и уже достаточно близка, оцените, насколько ваше местонахождение безопасно:

Мокрая одежда и волосы повышают опасность поражения молнией

Находиться среди высоких деревьев гораздо опаснее, чем среди низкорослых

На глинистой почве находиться опаснее, чем, например, на каменистой

Безопаснее находиться в низине

Как уберечься от грозы:

1.Вы находитесь в лесу.

Не приближайтесь к деревьям, особенно одиноко стоящим. Не прячьтесь под ними, вы все равно вымокнете, это только увеличит риск удара молнии. Считается, что лучшими проводниками являются дуб и тополь. В таких деревьях как ель, лиственница или липа содержится больше масел, поэтому при прочих равных условиях вероятность попадания разряда в них все же меньше.

2. Вы находитесь в поле.

Самое безопасное положение в чистом поле во время грозы – это лечь в низине и укрыться. Нельзя подходить к камням и кустам, ни в коем случае нельзя стоять, так как в этом случае вы будете высшей точкой над поверхностью, что увеличивает ваши шансы «словить» смертоносный разряд. Не забывайте, что разряд, попавший в радиусе 30 метром от вас, не заземляется, и потому также опасен для вашей жизни. Отключите мобильный телефон, снимите и уберите серьги и цепочки в сумку.

В любом случае, находится одному в поле крайне опасно.

3. Вы в воде (река, озеро).

Если началась гроза, немедленно покиньте водоем. Вы единственный находитесь над поверхностью и притягиваете к себе разряды – смертельно опасно. Даже если молния ударит в стороне от вас, то ток распространится по воде молниеносно – летальный исход.

4. Вы находитесь дома.

Если вы дома, то находитесь практически в безопасности. Постарайтесь закрыть окна, двери, отключить от сети электроприборы (могут сгореть из-за скачков напряжения). Не прикасайтесь к металлическому душу, батарее, раковине (металл хорошо проводит ток).

5. Вы находитесь в автомобиле.

Закрывайте окна и считайте, что вы находитесь в полной безопасности. Если даже разряд ударит в машину, то напряжение пойдет по корпусу и уйдет по мокрым колесам в землю. Внутри металлического корпуса напряжение не образуется. Однако не стоит дотрагиваться до металлических ручек и сотового телефона, это может быть опасно. Желательно до грозы опустить антенну.

Помощь пострадавшему от удара молнии.

Единственно, что вы можете сделать, это вызвать бригаду скорой помощи. Вряд ли «далекий от медицины человек», сможет самостоятельно сделать искусственный массаж сердца, как рекомендуют многие пособия. Скорее, своими неумелыми попытками, вы можете только навредить и усугубить состояние. Уложите человека на спину, повернув голову набок, чтобы пострадавший не задохнулся запрокинутым языком.

Если реанимация не требуется, а человек всего лишь получил ожоги, то до приезда скорой помощи лучше не трогать пострадавшего, а лишь снять с него обожженную одежду и накрыть раневые поверхности.

Резюмируя все, хочу сказать, что никто не застрахован от поражения молнией. Чаще всего мы просто бессильны перед силой природы. Поэтому, находясь в опасности, надо быстро оценить обстановку и ситуацию, и принять правильное решение. В этом случае огненные стрелы Ильи-пророка станут для вас лишь приятным приключением в теплый летний денек, и не испортят вам отдых.

На дворе май, а с ним пришли майские дожди с грозами, громом и молниями. Молнии – ужасные силы стихии, ежегодно они уносят многие тысячи жизней по всему миру, убивают и калечат скот, домашних животных, повреждают имущество на миллионы долларов.

Что же представляют из себя гром и молния?

Молния – это масштабный электрический разряд в слоях атмосферы, происходящий во время грозы и сопровождающийся звуковыми (громовыми) раскатами.

При этом напряжение в разряде молнии может достигать фантастических величин в миллиард вольт, а сила тока достигать сотни тысяч ампер! Сравните, сила тока в жилых домах обычно не превышает пятнадцати ампер.

Как же можно защититься от этих пока ещё малоизведанных и могущественных сил , где спрятаться и укрыться? Об этом мы сейчас и расскажем.

Где укрыться от молнии

Правила поведения при грозе и молнии зависят, прежде всего, от того места, в котором застала вас непогода.

В помещении

Лучший вариант – если ненастье застало вас дома. В этом случае шансы пострадать от грозы минимальны. На всякий случай необходимо закрыть все окна и форточки в квартире, выключить электронные приборы, такие как компьютер и телевизор, при этом необходимо отключить не только питание, но и достать вилки из розетки.

Не стоит находиться рядом возле стен, окон, особенно батарей отопления, разговаривать по телефону. Если же вы стали свидетелем такого необычного явления как шаровая молния , не стоит пытаться убежать, кричать, совершать резкие движения, поскольку от колебания воздуха она может взорваться.

В этом случае специалисты следуют лечь на пол и закрыть голову руками, а лучше всего – уйти в другую комнату подальше от опасного шарика. По тем же причинам не следует махать руками, пытаясь отогнать шаровую молнию в другую сторону.

В поле, на лугу

Если непогода застала вас на открытом пространстве, на лугу, поле, берегу, следует попытаться найти какое-либо укрытие.

Если укрытий поблизости никаких нет, а гром и молнии мечут практически над головой, следует немедленно найти, по возможности, наиболее сухое место и сесть на землю, согнув спину, пригнув голову и плотно сжав ноги. О приближении грозового облака может свидетельствовать тот факт, что волосы на голове становятся «дыбом» или начинают проявляться «дребезжащие, вибрирующие» звуки от окружающих предметов.

Ложиться на землю в этом случае не рекомендуется — таким образом вы увеличиваете площадь для возможного удара. Если вас несколько человек, нужно рассредоточиться, то есть не сидеть рядом друг с другом. Все металлические вещи и предметы нужно снять и сложить их в стороне, минимум в десяти метрах от людей.

В лесу и автомобиле

В лесу следует прятаться под невысокими деревьями. Поскольку молнии обычно бьют в наиболее высокие из них и поражают даже рядом стоящих с ними людей.

Если грозовой фронт застиг вас в автомобиле, всё не так уж и плохо, как может показаться. Дело в том, что пока вы в автомобиле, вы находитесь в безопасности в отличие от распространенного мнения о том, что его корпус сделан из металла, а значит притягивает молнии. Достаточно просто остановить машину, заглушить двигатель и по возможности не касаться руками, головой и другими частями тела металлических частей кузова.

И не нужно останавливаться под одиноко стоящими деревьями, металлическими опорами, вышками и т.п. предметами.

В воде

Наихудший из всех возможных вариантов. Если вы плывете в лодки либо яхте, следует немедленно пристать к берегу и спрятаться в укрытии, в крайнем случае, заплыть куда-нибудь, например, под мост. На яхте необходимо сложить и убрать мачту либо заземлить ее в воду (или, скорее, «заводнить»).

Если вы находитесь в воде, следует быстро выбраться на берег, поскольку на водной глади ваша голова представляет из себя отличную мишень и это без учета того факта, что сама водная поверхность является прекрасным проводником электрического тока, особенно соленая морская вода.

Что делать при ударе молнии

В случае, если кого-то из ваших знакомых поразила молния , или же вы просто стали свидетелем того, как в человека ударила молния, необходимо немедленно оказать пострадавшему медицинскую помощь. Первое, что нужно сделать в таком случае — сделать искусственное дыхание, и сделать его сразу, как только возможно, пока не произошли необратимые изменения в головном мозге. Также нужно вызвать скорую помощь для доставки пострадавшего на обследование в медицинское учреждение, ведь повреждения внутренних органов могут быть внешне и незаметны.

Между тем обезопасить свое жилище и себя от столь непредсказуемого природного явления вполне реально - достаточно приобрести специальную инженерную систему и грамотно ее установить. И тогда никакие грозы будут не страшны.

Одна из возможных причин невнимания наших соотечественников к данному вопросу заключается в том, что строительные нормы и правила не считают обязательной зданий высотой менее 30м. Кроме того, многие люди привыкли надеяться на авось, убеждая себя, что вероятность попадания электрического разряда в их загородный дом практически равна нулю. Тем не менее, молния способна нанести очень серьезный урон, даже если она ударит в нескольких десятках метров от жилища. Помимо серьезной опасности для здоровья хозяев это пожар в жилых и технических помещениях, выход из строя дорогостоящих компьютеров, систем видеонаблюдения, инженерных коммуникаций и пр.

Поэтому наиболее продвинутые дачники и владельцы коттеджей предпочитают не рисковать и устанавливают защитную систему - внешнюю (чтобы уберечь здание от удара молнии) или внутреннюю (дабы обезопасить помещения дома от вторичных последствий электрического разряда). Внешняя защита, в свою очередь, делится на классическую и активную. Каждая разновидность имеет свои особенности.

Классическая система защиты от молнии

Другие названия классической внешней системы молниезащиты, открытой еще в XVIII веке американским государственным деятелем Бенджамином Франклином, - пассивная и механическая. Она состоит из трех связанных между собой элементов: молниеприемника, токоотвода и заземлителя.

Молниеприемник (молниеотвод, громоотвод), принимающий на себя электрический удар, делают в виде троса, сетки, набрасываемой на здание, но чаще всего - в виде стального штыря диаметром примерно 12мм и длиной 0,2-1,5м. Его устанавливают на специальные изолирующие подпорки и крепят к самой высокой точке кровли.

К молниеприемнику приваривают токоотвод (спуск) - проводник из круглой или полосовой стали с антикоррозийным цинковым покрытием. Соединение должно быть прочным и надежным, способным выдерживать ток очень большой силы - примерно 200 кА. Затем токоотвод спускают с кровли, присоединяя к стене здания специальными металлическими скобами.

Второй его конец крепко сваривают с заземлителем - металлическим прутком, отрезком профиля, листом, трубой или целой системой уголков, прутков и швеллеров, которые зарыты в землю на глубину 2-3 м и гасят электрический разряд. Токоотвод лучше всего прокладывать по задней стене здания, а заземлитель - закапывать подальше от фундамента дома и надворных построек.

Главные достоинства классического варианта молниезащиты - надежность и демократичная цена, посильная для большинства владельцев загородной недвижимости. Недостатком является не слишком привлекательный внешний вид: стальная арматура плохо вписывается в архитектурный облик здания.

Внешняя активная система молниезащиты

Сравнительно новая для нашей страны система активной внешней молниезащиты уже получила признание специалистов и привлекла внимание потребителей. От классической она отличается большей широтой охвата, обусловленной иным принципом действия громоотвода. Этот элемент не бездействует, ожидая прямого попадания молнии, а постоянно работает - ионизирует воздушное пространство вокруг себя, формируя тем самым обширную область активной защиты. В результате грозовой электрический разряд, возникший в любом месте данной зоны, обязательно притянется к антенне-приемнику на крыше, пройдет по токоотводу и безопасно заземлится.

Плюсы: подобные системы способны защищать от молний здания значительной площади, характеризуются высокой надежностью, долговечностью, экологичностью. Кроме того, их молниеотводы компактны и не портят внешнего вида постройки. Но у активных устройств есть один существенный минус - высокая цена. Поэтому их установку могут позволить себе не все.

Системы внутренней молниезащиты коттеджа

Не менее важно позаботиться о монтаже системы внутренней молниезащиты коттеджа или дачи - это оборудование оберегает домашнее имущество от вторичных проявлений грозы: опасных воздействий электромагнитного поля и перепадов напряжения в электрической сети, способных серьезно повредить провода, инженерные коммуникации здания и современную технику (компьютеры, аудио- и видеопроигрыватели, телевизионные приемники, системы видеонаблюдения, отопления и кондиционирования).

В состав подобных систем входят ограничители перенапряжений, или грозовые разрядники, устанавливаемые в доме на специальном вводно-распределительном щите. Их основа - полупроводниковые резисторы, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от приложенного к ним напряжения и при его скачке в момент попадания молнии полностью выгорают (после чего их просто заменяют на новые). Кроме одноразовых существуют и более дорогие многоразовые ограничители, самовосстанавливающиеся после разряда.

К элементам внутренней системы относят также устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Они предохраняют дорогостоящие домашние приборы от разрушительного действия наведенного напряжения, вызванного грозой.

Кроме того, внутренняя молниезащита позволяет выравнивать потенциалы отдельных потребителей электроэнергии. Для этого все токоприемники подсоединяют к одной заземляющей шине, иначе наведенное напряжение само будет стремиться проделать то же самое, но с необратимыми для бытовой техники последствиями.

Ваш выбор

Сегодня на отечественном рынке большой выбор самых разных молниезащитных систем. Как же понять, какая система оптимальна для конкретной дачи или коттеджа?

Во-первых, следует исходить из местоположения здания и окружающих природных условий. Если дом, например, стоит в лесу, в низине, куда молния попадает редко, вполне можно обойтись упрощенным вариантом защиты - допустим, установить громоотвод на самое высокое дерево, растущее рядом. Оно и примет на себя удар во время грозы, а токоотвод с заземлителем сведут на нет вероятность возникновения пожара. Если же строение находится на открытой возвышенной местности, то экономить на молниезащите нельзя - есть смысл установить и внутреннюю, и внешнюю (лучше активную) системы.

Во-вторых, надо обязательно проконсультироваться с профессионалами и выслушать все их рекомендации. Ведь установка молниезащитной системы - весьма трудоемкая и ответственная работа, требующая предварительных расчетов и проектирования. Если вы возьметесь за дело самостоятельно, без должных знаний, смонтированное оборудование не только не защитит дом во время грозы, но и станет потенциальным источником опасности. Подрядчиков для выполнения работ лучше всего выбирать по совету знакомых или ориентироваться на стаж компании, рекомендации ее клиентов (которые можно найти в Интернете) и технический уровень оборудования, предлагаемого организацией. Любая уважающая себя компания перед началом монтажа разрабатывает серьезный проект молниезащиты. Если же установка выполняется на глазок, без предварительных расчетов, от услуг подобной фирмы имеет смысл отказаться.