Громоотвод

Чтобы узнать о фильме 1938 года, см. «Громнепроводник» (фильм) . Чтобы узнать об американских горках 2016 года, см. Громоотвод (американские горки) . Чтобы узнать об американском музыканте, см. Джалал Мансур Нуриддин .

Схема простой системы молниезащиты

Молния ударила в громоотвод Си-Эн Тауэр в Торонто , Канада .

Громоотвод стержень , или громоотвод ( британский английский ) — металлический установленный на конструкции и предназначенный для защиты конструкции от удара молнии . Если молния попадает в конструкцию, она, скорее всего, ударит по стержню и пройдет через провод, а не пройдет через конструкцию, где она может вызвать пожар или вызвать поражение электрическим током . Молниеотводы также называются наконечниками , молниеотводами или устройствами для молниеотвода.

В системе молниезащиты молниеотвод является единственным компонентом системы. Молниеотводу для выполнения своей защитной функции требуется соединение с землей. Молниеотводы бывают самых разных форм, включая полые, сплошные, заостренные, закругленные, плоские полосы или даже щетинистые. Главным свойством, общим для всех молниеотводов, является то, что все они изготовлены из проводящих материалов, таких как медь и алюминий . Медь и ее сплавы являются наиболее распространенными материалами, используемыми в молниезащите.

История

Первый настоящий громоотвод был изобретен отцом Прокопом Дивишем , чешским священником и ученым, который установил заземленный громоотвод в 1754 году. Конструкция Дивиша включала вертикальный железный стержень, увенчанный заземленным проводом, предназначенный для привлечения ударов молнии и безопасного проведения их в земля. Его экспериментальный аппарат, известный как «погодная машина», появился раньше, чем Бенджамима Франклина . более широко известные эксперименты Франклин, не зная о работе Дивиша, самостоятельно разработал и популяризировал свою собственную конструкцию громоотвода, которая получила широкое распространение в Европе и Северной Америке. Вклад Франклина значительно продвинул понимание и применение систем молниезащиты, хотя более ранняя концептуальная работа Дивиша остается важной вехой в истории техники электробезопасности.

Соединенные Штаты

На территории, которая позже стала Соединенными Штатами , заостренный громоотвод (незаземленный), также называемый молниеотводом или стержнем Франклина , был изобретен Бенджамином Франклином в 1752 году в рамках его новаторского исследования электричества . Хотя Франклин не был первым, кто предположил корреляцию между электричеством и молнией, он был первым, кто предложил работоспособную систему для проверки своей гипотезы. Франклин предположил, что с помощью заостренного до конца железного стержня «электрический огонь, я думаю, бесшумно вырвется из облака, прежде чем он сможет подойти достаточно близко, чтобы поразить». Франклин размышлял о громоотводах в течение нескольких лет до своего эксперимента с воздушным змеем .

Рисунок универсального магазина в Маргариты Мартин газете St. Louis Post-Dispatch от 21 октября 1906 года с коммивояжером, продающим громоотводы.

В 19 веке громоотвод стал декоративным мотивом. Громоотводы были украшены декоративными стеклянными шарами. (сейчас ценится коллекционерами). Декоративная привлекательность этих стеклянных шариков использовалась в флюгерах . Однако основная цель этих шаров — предоставить доказательства удара молнии путем их разбивания или падения. Если после урагана шар обнаружен пропавшим или сломанным, владелец недвижимости должен проверить здание, стержень и заземляющий провод на предмет повреждений.

Шары из твердого стекла иногда использовались для предотвращения ударов молний по кораблям и другим объектам. Идея заключалась в том, что стеклянные предметы, будучи непроводниками, редко подвергаются ударам молнии. Следовательно, согласно теории, в стекле должно быть что-то, что отталкивает молнию. Следовательно, лучшим способом предотвратить удар молнии в деревянный корабль было закопать небольшой твердый стеклянный шарик в кончик самой высокой мачты. Случайное поведение молнии в сочетании с предвзятостью подтверждения наблюдателями обеспечили этому методу значительную степень доверия даже после разработки морского громоотвода вскоре после первой работы Франклина.

Первые громоотводы на кораблях предполагалось поднимать, когда ожидалась молния, и имели низкий уровень успеха. В 1820 году Уильям Сноу Харрис изобрел успешную систему установки молниезащиты на деревянные парусные корабли того времени, но, несмотря на успешные испытания, начавшиеся в 1830 году, Британский Королевский флот не принял эту систему на вооружение до 1842 года, когда к этому времени Императорский флот России уже приняли эту систему.

В 1990-х годах «точки молний» были заменены первоначальными, когда ​​Статуя Свободы на вершине здания Капитолия США в Вашингтоне, округ Колумбия . была восстановлена Статуя была спроектирована с использованием нескольких устройств с платиновым наконечником. Монумент Вашингтона также был оборудован множеством точек освещения. а Статую Свободы в гавани Нью-Йорка поражает молния, которая замыкается на землю.

Система молниезащиты

Система молниезащиты на стартовой площадке станции космических сил на мысе Канаверал .

Система молниезащиты предназначена для защиты конструкции от повреждений в результате ударов молнии путем перехвата таких ударов и безопасной передачи чрезвычайно высоких токов на землю . Система молниезащиты включает в себя сеть молниеприемников, соединительных проводников и заземляющих электродов , предназначенных для обеспечения пути с низким импедансом к земле для потенциальных ударов.

Системы молниезащиты используются для предотвращения молнией повреждения конструкций . Системы молниезащиты снижают опасность пожара, которую удары молнии представляют для сооружений. Система молниезащиты обеспечивает путь тока молнии с низким импедансом, чтобы уменьшить нагревательный эффект тока, протекающего через легковоспламеняющиеся конструкционные материалы. Если молния проходит через пористые и водонасыщенные материалы, эти материалы могут буквально взорваться, если содержащаяся в них вода превратится в пар под действием тепла, выделяемого сильным током. Вот почему деревья часто разрушаются от ударов молний.

Из-за высоких уровней энергии и тока, связанных с молнией (токи могут превышать 150 000 А), а также очень быстрого времени нарастания удара молнии, ни одна система защиты не может гарантировать абсолютную безопасность от молнии. Ток молнии будет делиться, проходя по каждому токопроводящему пути к земле, и даже разделенный ток может привести к повреждению. Вторичных «боковых вспышек» может быть достаточно, чтобы зажечь пожар, разнести кирпич, камень или бетон или ранить людей, находящихся внутри конструкции или здания. Однако преимущества базовых систем молниезащиты очевидны уже более века.

Лабораторные измерения последствий [любого исследования молний] не масштабируются для применений, связанных с естественными молниями. Полевые применения в основном основывались на методе проб и ошибок, основанном на тщательно продуманных лабораторных исследованиях очень сложного и изменчивого явления.

Частями системы молниезащиты являются молниеприемники (молниеотводы или устройства молниезащиты), соединительные проводники, клеммы заземления (заземляющие или «заземляющие» стержни, пластины или сетка), а также все разъемы и опоры, составляющие систему. Воздухораспределители обычно располагаются в верхних точках конструкции крыши или вдоль них и электрически соединяются между собой соединительными проводниками (называемыми «токоотводами» или « нисходящими проводами »), которые подключаются самым прямым путем к одному или нескольким заземляющим проводам. или клеммы заземления. Соединения с заземляющими электродами должны иметь не только низкое сопротивление, но и низкую самоиндукцию .

Примером конструкции, уязвимой для молний, ​​является деревянный сарай. При попадании молнии в сарай деревянная конструкция и ее содержимое могут воспламениться из-за тепла, выделяемого током молнии, проходящим через части конструкции. Базовая система молниезащиты должна обеспечивать проводящий путь между молниеприемником и землей, так что большая часть тока молнии будет следовать по пути системы молниезащиты, при этом значительно меньший ток проходит через легковоспламеняющиеся материалы.

Первоначально ученые считали, что такая система молниезащиты молниеприемников и «нисходящих проводов» направляет ток молнии вниз в землю для «рассеивания». Однако высокоскоростная фотография ясно продемонстрировала, что молния на самом деле состоит как из облачного компонента, так и из противоположно заряженного наземного компонента. Во время молнии «облако-земля» эти противоположно заряженные компоненты обычно «встречаются» где-то в атмосфере значительно над землей, чтобы уравнять ранее несбалансированные заряды. Тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через легковоспламеняющиеся материалы, представляет собой опасность, которую системы молниезащиты пытаются смягчить, обеспечивая цепь с низким сопротивлением для цепи молнии . Ни на одну систему молниезащиты нельзя положиться, чтобы полностью «сдерживать» или «контролировать» молнию (и до сих пор не полностью предотвращать удары молнии), но они, похоже, очень помогают в большинстве случаев ударов молнии.

Конструкции со стальным каркасом могут соединить элементы конструкции с землей, чтобы обеспечить молниезащиту. Металлический флагшток, зарытый в землю, представляет собой чрезвычайно простую систему молниезащиты. Однако флаг(а), слетевшие с шеста во время удара молнии, могут полностью сгореть.

Большинство используемых сегодня систем молниезащиты имеют традиционную конструкцию Франклина . Фундаментальный принцип, используемый в системах молниезащиты типа Франклина, заключается в обеспечении пути с достаточно низким импедансом, по которому молния может пройти до земли, не повреждая здание. Это достигается путем окружения здания своего рода клеткой Фарадея . На крыше здания установлена ​​система молниезащитных проводников и громоотводов, которые перехватывают любую молнию до того, как она ударит в здание.

Россия

мог быть намеренно использован громоотвод В Падающей башне Невьянска . Шпиль сферы с башни увенчан металлическим стержнем в форме позолоченной шипами. Этот громоотвод заземляется через арматурный каркас, пронизывающий все здание.

Невьянская башня была построена в 1721–1745 годах по заказу промышленника Акинфия Демидова . Невьянская башня была построена за 28 лет до эксперимента и научного объяснения Бенджамина Франклина. Однако истинное предназначение металлической крыши и арматуры остается неизвестным.

Европа

Церковная башня многих европейских городов, которая обычно была самым высоким сооружением в городе, могла быть поражена молнией. Питер Алвардтс («Разумные и теологические соображения по поводу грома и молнии», 1745 г.) советовал людям, ищущим укрытия от молнии, идти куда угодно, кроме церкви или вокруг нее.

Продолжаются споры о том, считается ли «метеологическая машина», изобретенная -премонстрантом священником Прокопом Дивишем и установленная в Брендице (ныне Пршиметице, часть Зноймо ), Моравия (ныне Чешская Республика ) в июне 1754 года, индивидуальным изобретением. громоотвода. Аппарат Дивиша, согласно его частным теориям, был направлен на полное предотвращение гроз путем постоянного лишения воздуха избыточного электричества. Однако аппарат был установлен на отдельно стоящем столбе и, вероятно, был лучше заземлен, чем громоотводы Франклина в то время, поэтому он служил громоотводом. После местных протестов Дивишу пришлось прекратить свои эксперименты с погодой примерно в 1760 году.

Защитники конструкции

Пейзаж, подходящий для объяснения : (1) Представляет лорда Кельвина . «уменьшенную» часть региона ; (2) Поверхность концентрична Земле, так что количества, хранящиеся над ней и под ней, равны; (3) Строительство на участке с чрезмерной плотностью электростатического заряда ; (4) Строительство на участке с низкой плотностью электростатического заряда. (Изображение взято из патента США № 1,266,175 .)

Громоотвод на статуе.

Молниеотвод

Основная статья: Молниеотвод

Грозозащитный разрядник — это устройство, представляющее собой воздушный зазор между электрическим проводом и землей, используемое в электроэнергетических системах и телекоммуникационных системах для защиты изоляции и проводников системы от разрушительного воздействия молнии. Типичный грозовой разрядник имеет высоковольтную клемму и клемму заземления.

В телеграфии и телефонии молниеотвод — это устройство, размещаемое там, где провода входят в конструкцию, чтобы предотвратить повреждение электронных приборов внутри и обеспечить безопасность людей вблизи сооружений. Меньшие версии грозозащитных разрядников, также называемые устройствами защиты от перенапряжений , представляют собой устройства, которые подключаются между каждым электрическим проводником в системе питания или связи и землей. Они помогают предотвратить протекание обычных силовых или сигнальных токов на землю, но обеспечивают путь, по которому течет высоковольтный ток молнии, минуя подключенное оборудование. Разрядники используются для ограничения повышения напряжения, когда линия связи или линия электропередачи поражена молнией или находится вблизи точки удара молнии.

Защита электрораспределительных систем

Основная статья: Воздушная линия электропередачи § Заземляющие провода

В воздушных системах электропередачи один или два более легких заземляющих провода могут быть установлены на вершине опор , столбов или башен, которые специально не используются для передачи электроэнергии через сеть. Эти проводники, часто называемые «статическими», «пилотными» или «экранированными» проводами, предназначены для использования в качестве точки молниезащиты, а не самих линий высокого напряжения. Эти проводники предназначены для защиты первичных силовых проводников от ударов молнии .

Эти проводники соединяются с землей либо через металлическую конструкцию опоры или башни, либо с помощью дополнительных заземляющих электродов, установленных через равные промежутки вдоль линии. Как правило, воздушные линии электропередачи напряжением ниже 50 кВ не имеют «статического» проводника, но большинство линий с напряжением более 50 кВ имеют. Заземляющий кабель также может поддерживать оптоволоконные кабели для передачи данных.

В старых линиях могут использоваться ограничители перенапряжения , которые изолируют проводящие линии от прямого соединения с землей и могут использоваться в качестве линий связи низкого напряжения. Если напряжение превышает определенный порог, например, во время замыкания провода на молнию, оно «перескакивает» изоляторы и переходит на землю.

Защита электрических подстанций столь же разнообразна, как и сами громоотводы, и часто является собственностью электроэнергетической компании.

Молниезащита мачтовых радиаторов

радиомачты Излучатели могут быть изолированы от земли искровым разрядником в основании. Когда молния попадает в мачту, она перепрыгивает этот разрыв. Небольшая индуктивность в питающей линии между мачтой и блоком настройки (обычно одна обмотка) ограничивает рост напряжения, защищая передатчик от опасно высоких напряжений.Передатчик должен быть оснащен устройством для контроля электрических свойств антенны. Это очень важно, так как после удара молнии может остаться заряд, повредив зазор или изоляторы.

Устройство контроля отключает передатчик, когда антенна ведет себя неправильно, например, в результате нежелательного электрического заряда. Когда передатчик выключается, эти заряды рассеиваются. Устройство мониторинга делает несколько попыток снова включиться. Если после нескольких попыток антенна продолжает вести себя некорректно, возможно, в результате структурного повреждения, передатчик остается выключенным.

Молниеотводы и меры предосторожности при заземлении

В идеале подземная часть узла должна располагаться в зоне с высокой проводимостью грунта. Если подземный кабель хорошо противостоит коррозии , его можно покрыть солью, чтобы улучшить электрическое соединение с землей. Хотя электрическое сопротивление молниеотвода между молниеотводом и землей вызывает серьезную озабоченность, индуктивное сопротивление проводника может быть более важным. По этой причине маршрут токоотвода делается коротким, а все изгибы имеют большой радиус. Если эти меры не будут приняты, ток молнии может образовать дугу через резистивное или реактивное препятствие, которое он встретит в проводнике. По крайней мере, ток дуги повредит громоотвод и может легко найти другой токопроводящий путь, например, в проводке здания или водопроводе, и вызвать пожар или другие катастрофы. Системы заземления без низкого удельного сопротивления земли все же могут быть эффективными для защиты конструкции от повреждения молнией. Если почва имеет плохую проводимость, очень неглубока или отсутствует, систему заземления можно дополнить добавлением заземляющих стержней. ) можно использовать противовес (кольцевой заземляющий проводник), радиальные части кабеля, выступающие за пределы здания, или арматурные стержни бетонного здания ( В качестве заземляющего проводника ( Ufer ground Ufer ground ). Эти дополнения, хотя и не уменьшают в некоторых случаях сопротивление системы, позволят [рассеять] молнию в землю без повреждения конструкции.

Необходимо принять дополнительные меры предосторожности для предотвращения боковых бликов между проводящими объектами на конструкции или внутри нее и системой молниезащиты. Всплеск тока молнии через проводник молниезащиты создаст разницу напряжений между ним и любыми проводящими объектами, находящимися рядом с ним. Эта разница напряжений может быть достаточно большой, чтобы вызвать опасную боковую вспышку (искру) между ними, которая может нанести значительный ущерб, особенно конструкциям, содержащим легковоспламеняющиеся или взрывоопасные материалы. Самый эффективный способ предотвратить потенциальный ущерб – обеспечить электрическую непрерывность между системой молниезащиты и любыми объектами, чувствительными к боковому удару. Эффективное соединение позволит потенциалу напряжения двух объектов повышаться и падать одновременно, тем самым исключая любой риск боковой вспышки.

Проектирование системы молниезащиты

Для изготовления систем молниезащиты используется значительный материал, поэтому разумно тщательно продумать, где молниеприемник обеспечит наибольшую защиту. Историческое понимание молнии, исходя из заявлений Бена Франклина, предполагало, что каждый громоотвод защищает конус под углом 45 градусов. Было обнаружено, что это неудовлетворительно для защиты более высоких построек, поскольку молния может ударить в стену здания.

Доктор Тибор Хорват разработал систему моделирования, основанную на лучшем понимании цели прекращения удара молнии, называемую методом катящейся сферы. Это стало стандартом, по которому устанавливаются традиционные системы Franklin Rod. Чтобы понять это, необходимо знать, как «движется» молния. Когда ступенька молнии прыгает к земле, она приближается к заземленным объектам, ближайшим к ее пути. Максимальное расстояние, которое может пройти каждый шаг, называется критическим расстоянием и пропорционально электрическому току. Объекты, скорее всего, будут поражены, если они находятся ближе к лидеру, чем это критическое расстояние. Обычно радиус сферы у земли приблизительно равен 46 м.

Предмет, находящийся за пределами критического расстояния, вряд ли будет поражен лидером, если на критическом расстоянии находится прочно заземленный объект. Места, которые считаются безопасными от молний, ​​можно определить, представляя потенциальные пути лидера в виде сферы , которая движется от облака к земле. Для молниезащиты достаточно рассмотреть все возможные сферы по мере их соприкосновения с потенциальными точками поражения. Чтобы определить точки удара, рассмотрим сферу, катящуюся по местности. В каждой точке моделируется позиция потенциального лидера. Молния, скорее всего, ударит там, где сфера касается земли. Точки, по которым сфера не может перекатиться и коснуться, наиболее защищены от молнии. Молниеотводы следует размещать там, где они не позволят сфере коснуться конструкции. Однако слабым местом большинства систем отвода молнии является транспортировка захваченного разряда от громоотвода к земле. Молниеотводы обычно устанавливаются по периметру плоских крыш или по вершинам скатных крыш с интервалом 6,1 м или 7,6 м, в зависимости от высоты стержня. Если плоская крыша имеет размеры более 15 х 15 м, дополнительные воздухораспределители будут установлены в середине крыши с интервалом 15 м или менее в виде прямоугольной сетки.

Закругленные и заостренные концы

Заостренный громоотвод на здании

Оптимальная форма наконечника громоотвода вызывает споры с 18 века. В период политического противостояния Великобритании и ее американских колоний британские ученые утверждали, что громоотвод должен иметь на конце шар, а американские ученые утверждали, что должна быть точка. По состоянию на 2003 год , спор не был полностью разрешен. Разрешить спор сложно, поскольку надлежащие контролируемые эксперименты практически невозможны, но работа, выполненная Чарльзом Б. Муром и др., в 2000 году пролил некоторый свет на эту проблему, обнаружив, что молниеотводы с умеренно закругленными или тупыми концами действуют как немного лучшие приемники ударов. В результате в большинстве новых систем в США устанавливаются стержни с закругленными наконечниками, хотя в большинстве существующих систем все еще используются заостренные стержни. Согласно исследованию,

[c] Расчеты относительной напряженности электрических полей над одинаково экспонированными острыми и тупыми стержнями показывают, что, хотя поля намного сильнее на кончике острого стержня до каких-либо излучений, они уменьшаются быстрее с расстоянием. В результате на высоте нескольких сантиметров над кончиком тупого стержня диаметром 20 мм напряженность поля выше, чем у аналогичного, более острого стержня той же высоты. Поскольку напряженность поля на кончике заостренного стержня имеет тенденцию ограничиваться легким образованием ионов в окружающем воздухе, напряженность поля на тупых стержнях может быть намного сильнее, чем на расстояниях более 1 см над более острыми.
Результаты этого исследования показывают, что умеренно тупые металлические стержни (с соотношением высоты кончика к радиусу кривизны кончика около 680:1) лучше воспринимают удар молнии, чем более острые или очень тупые стержни.

Кроме того, будет иметь значение высота молниеотвода относительно защищаемой конструкции и самой земли.

Теория переноса заряда

Теория переноса заряда утверждает, что удар молнии в защищаемую конструкцию можно предотвратить, уменьшив электрический потенциал между защищаемой структурой и грозовой тучей. Это делается путем передачи электрического заряда (например, с близлежащей Земли на небо или наоборот). Передача электрического заряда от Земли к небу осуществляется путем установки над конструкцией инженерных изделий, состоящих из множества точек. Отмечается, что заостренные предметы действительно будут передавать заряд окружающей атмосфере. и что через проводники можно измерить значительный электрический ток, поскольку ионизация происходит в той точке, где присутствует электрическое поле, например, когда над головой находятся грозовые облака.

В США Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) в настоящее время не занимается рекомендуйте устройство, которое может предотвратить или уменьшить удары молнии. Совет по стандартам NFPA, после запроса на проект по системам рассеивающих матриц и системам переноса заряда, отклонил запрос на начало формирования стандартов на такую ​​технологию (хотя Совет не отказался от будущей разработки стандартов после того, как надежные источники продемонстрировали были представлены обоснованность базовой технологии и науки).

Теория раннего стримерного излучения (ESE)

Громоотвод ESE установлен в монастыре Св. Николая Анапаусаса (монастырь Агиос Николаос), Метеоры , Греция

Теория раннего стримерного излучения предполагает, что если громоотвод имеет механизм, вызывающий ионизацию вблизи его кончика, то площадь его захвата молнии значительно увеличивается. Сначала небольшие количества радиоактивных изотопов ( радий-226 или америций-241 ). в качестве источников ионизации использовались между 1930 и 1980 годами позже заменены различными электрическими и электронными устройствами. Согласно одному из ранних патентов, поскольку потенциалы земли большинства молниезащитных устройств повышены, расстояние от источника до поднятой точки заземления будет короче, создавая более сильное поле (измеряемое в вольтах на единицу расстояния), и эта конструкция будет более подвержена воздействию молниеотвода. к ионизации и пробое.

AFNOR, национальный орган по стандартизации Франции, выпустил стандарт NF C 17-102, охватывающий эту технологию. NFPA также исследовало этот вопрос, и было предложено выпустить аналогичный стандарт в США. Первоначально независимая сторонняя комиссия NFPA заявила, что «технология молниезащиты [Early Streamer Emission] кажется технически надежной» и что существует «адекватная теоретическая основа для концепции и конструкции воздушного терминала [Early Streamer Emission] с физического точка зрения». ) Та же комиссия также пришла к выводу, что «рекомендованная [стандарт NFPA 781] система молниезащиты никогда не подвергалась научному или техническому обоснованию, а стержневые молниеприемники Франклина не прошли валидацию в полевых испытаниях в условиях грозы».

В ответ Американский геофизический союз пришел к выводу, что «[т] Брайан Панель практически не рассмотрел ни одно из исследований и литературы по эффективности и научной основе традиционных систем молниезащиты и был ошибочен в своем выводе об отсутствии основы для Стандарта». . AGU в своем отчете не попыталась оценить эффективность каких-либо предложенных модификаций традиционных систем. NFPA отозвало предложенный проект редакции стандарта 781 из-за отсутствия доказательств повышенной эффективности систем защиты на основе выбросов Early Streamer по сравнению с обычными аэровокзалами.

Члены Научного комитета Международной конференции по молниезащите (ICLP) опубликовали совместное заявление, в котором заявили о своем несогласии с технологией раннего стримерного излучения. До 2016 года ICLP поддерживал веб-страницу с информацией, касающейся ESE и связанных с ней технологий. Тем не менее, растет количество зданий и сооружений, оборудованных системами молниезащиты ESE, а также количество производителей молниеприемников ESE из Европы, Америки, Ближнего Востока, России, Китая, Южной Кореи, стран АСЕАН и Австралии.

Анализ забастовок

Удары молнии в металлическую конструкцию могут варьироваться от отсутствия каких-либо следов (за исключением, возможно, небольшой ямки в металле) до полного разрушения конструкции. Когда нет доказательств, анализировать удары сложно. Это означает, что удар по необорудованной конструкции должен быть подтвержден визуально, а случайное поведение молнии затрудняет такие наблюдения. Есть изобретатели, работающие над этой проблемой. например, через ракету-молнию . Хотя в будущем контролируемые эксперименты могут быть отменены, очень хорошие данные получаются с помощью методов, в которых используются радиоприемники, которые отслеживают характерную электрическую «подпись» ударов молний с помощью фиксированных направленных антенн. Благодаря точному расчету времени и методам триангуляции удары молний могут быть обнаружены с большой точностью, поэтому часто можно с уверенностью подтвердить попадание молнии в конкретные объекты.

Энергия удара молнии обычно находится в диапазоне от 1 до 10 миллиардов джоулей . Эта энергия высвобождается обычно небольшим количеством отдельных ударов, каждый длительностью несколько десятков микросекунд (обычно от 30 до 50 микросекунд) в течение периода примерно одной пятой секунды. Подавляющее большинство энергии рассеивается в атмосфере в виде тепла, света и звука.

Защита самолетов

Защита самолетов обеспечивается устройствами, установленными на конструкции самолета, а также конструкцией внутренних систем. Молния обычно входит и выходит из самолета через внешнюю поверхность его планера или через статические фитили . Система молниезащиты обеспечивает безопасные токопроводящие пути между точками входа и выхода, чтобы предотвратить повреждение электронного оборудования и защитить легковоспламеняющееся топливо или груз от искр .

Эти дорожки изготовлены из проводящих материалов. Электрические изоляторы эффективны только в сочетании с токопроводящими путями, поскольку заблокированная молния может легко превысить напряжение пробоя изоляторов. Композитные материалы состоят из слоев проволочной сетки, что делает их достаточно проводящими, а структурные соединения защищаются путем создания электрического соединения поперек соединения.

Экранированный кабель и проводящие корпуса обеспечивают большую часть защиты электронных систем. Ток молнии излучает магнитный импульс, который индуцирует ток через любые петли, образованные кабелями. Ток, индуцированный в экране петли, создает магнитный поток через петлю в противоположном направлении . Это уменьшает общий поток через контур и индуцированное напряжение вокруг него.

Молниеотводящий путь и проводящая защита пропускают большую часть тока. Оставшаяся часть обходит чувствительную электронику с помощью подавителей переходных напряжений и блокируется с помощью электронных фильтров, как только проходное напряжение становится достаточно низким. Фильтры, как и изоляторы, эффективны только тогда, когда грозовые и импульсные токи могут проходить по альтернативному пути.

Защита для гидроциклов

Установка молниезащиты на судне состоит из молниеотвода, установленного на вершине мачты или надстройки, и заземляющего проводника, контактирующего с водой. Электрические проводники прикрепляются к защитному устройству и спускаются к проводнику. Для судна с токопроводящим (железным или стальным) корпусом заземлителем является корпус. Для судна с непроводящим корпусом заземляющий проводник может быть выдвижным, прикрепленным к корпусу или прикрепленным к шверту .

Оценка риска

Некоторые конструкции по своей природе более или менее подвержены риску поражения молнией. Риск для сооружения зависит от размера (площади) сооружения, высоты и количества ударов молнии в год на милю. ² для региона. Например, в маленькое здание вероятность поражения будет меньше, чем в большое, а в здание, расположенное в районе с высокой плотностью ударов молнии, вероятность удара будет выше, чем в здание, расположенное в районе с низкой плотностью ударов молнии. . Национальная ассоциация противопожарной защиты предоставляет таблицу оценки рисков в своем стандарте молниезащиты.

Оценка риска молний, ​​проводимая Международной электротехнической комиссией (МЭК), состоит из четырех частей: гибель живых существ, потеря услуг для населения, потеря культурного наследия и потеря экономической ценности. Гибель живых существ оценивается как наиболее важная и является единственной потерей, принимаемой во внимание для многих второстепенных промышленных и коммерческих применений.

Стандарты

Введение систем молниезащиты в стандарты позволило различным производителям разрабатывать системы защиты по множеству спецификаций. Существует множество международных, национальных, корпоративных и военных стандартов молниезащиты.

• NFPA -780: «Стандарт по монтажу систем молниезащиты» (2014 г.)
• M440.1-1, Защита от электрических бурь и молний, ​​Министерство энергетики
• AFI 32-1065 – Системы заземления, Космическое командование ВВС США.
• FAA STD 019e, Требования к защите от молний и перенапряжений, заземлению, соединению и экранированию объектов и электронного оборудования
• Стандарты UL по молниезащите
  • UL 96: «Стандарт на компоненты молниезащиты» (5-е издание, 2005 г.)
  • UL 96A: «Стандарт требований к установке систем молниезащиты» (двенадцатое издание, 2007 г.)
  • UL 1449: «Стандарт для устройств защиты от перенапряжения» (четвертое издание, 2014 г.)
• МЭК стандарты
  • EN 61000-4-5/ IEC 61000-4-5 : «Электромагнитная совместимость (ЭМС) – Часть 4-5: Методы испытаний и измерений – Испытание на устойчивость к перенапряжению»
  • EN 62305/IEC 62305: «Защита от молнии».
  • EN 62561/IEC 62561: «Компоненты системы молниезащиты (LPSC)».
• Рекомендации ITU-T серии K : «Защита от помех»
• Стандарты IEEE для заземления
  • IEEE SA-142-2007: «Рекомендуемая практика IEEE по заземлению промышленных и коммерческих энергосистем». (2007)
  • IEEE SA-1100-2005: «Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления электронного оборудования» (2005 г.)
• AFNOR NF C 17-102. Архивировано 2 апреля 2015 г. в Wayback Machine : «Молниезащита - защита конструкций и открытых площадей от молнии с использованием молниеприемников с ранним стримерным излучением» (1995).
• GB 50057-2010 Нормы проектирования молниезащиты зданий
• AS/NZS 1768:2007: «Молниезащита».

См. также

• Аполлон-12 — ракета Сатурн-5, в которую вскоре после старта ударила молния.
• Джеймс Отис-младший – современник Бена Франклина , убитый молнией в дверном проеме в Андовере, штат Массачусетс, 23 мая 1783 года.
• Земля (электричество)
• Комплект заземления
• Молния
• Мода на громоотвод
• Автобиография Бенджамина Франклина
• Вацлав Прокоп Дивиш (1698–1765) – конструктор первого заземленного громоотвода в Пршиметице недалеко от Зноймы в 1750–1754 годах.

Ссылки

Источники

• Владимир А. Раков и Мартин А. Уман, Молния: физика и эффекты . Издательство Кембриджского университета, 2003. 698 страниц. ISBN   0-521-58327-6 .
• Дж. Л. Брайан, Р. Г. Бирманн и Г. А. Эриксон, «Отчет независимой оценочной комиссии третьей стороны по технологии молниезащиты с ранним выбросом стримера». Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, Массачусетс, 1999 г.
• Китил, Рич. «Подробнее о громоотводах...», домашняя страница молниезащиты, сообщение № 402. 8 мая 2000 г. (Ответ CB Moore). Первоначально по адресу: https://portishead-plumbing.co.uk/.
• Умань, Массачусетс; Раков, В.А. (2002). «Критический обзор нетрадиционных подходов к молниезащите» (PDF) . Бюллетень Американского метеорологического общества . 83 (12): 1809–1820. Бибкод : 2002BAMS...83.1809U . дои : 10.1175/BAMS-83-12-1809 .
• Муса, Абдул М. (2004). «Война громоотводов» (PDF) . Электричество сегодня . Проверено 25 октября 2022 г.
• Зипсе, Дональд (ноябрь 2001 г.). «Предотвратите удары молнии с помощью систем переноса заряда» . Качество электроэнергии . Проверено 25 октября 2022 г.
• Зипсе, Д.В. (2000). «Методы молниезащиты: обновление и оправдание дискредитированной системы». 2000 Техническая конференция промышленных и коммерческих энергетических систем IEEE. Протокол конференции (Кат. № 00CH37053) . стр. 155–170. дои : 10.1109/ICPS.2000.854368 . ISBN  0-7803-5843-0 . S2CID   110936341 .
• Карпентер-младший, Рой Б. « Предотвращение прямых ударов ». Архивировано 28 сентября 2007 г. в Wayback Machine .

Внешние ссылки

• « Исследователи обнаружили, что лучше всего работают тупые громоотводы ». США сегодня , 10 июня 2002 г.
• Федеральное управление гражданской авиации , « FAA-STD-019d, Требования к защите от молний и перенапряжений, заземлению, соединению и экранированию объектов и электронного оборудования. Архивировано 12 февраля 2012 г. в Wayback Machine ». Национальная транспортная библиотека , 9 августа 2002 г.
• Китил, Ричард, « Громоотводы: недавние расследования, заархивированные 1 сентября 2005 г. в Wayback Machine ». Национальный институт молниезащиты, 26 сентября 2005 г.
• Китил, Ричард, « Следует ли устанавливать громоотводы? Архивировано 23 сентября 2005 г. в Wayback Machine ». Национальный институт молниезащиты, 26 сентября 2005 г.
• Китил, Ричард, « Основы молниезащиты. Архивировано 18 октября 2005 г. в Wayback Machine ». Национальный институт молниезащиты, 26 сентября 2005 г.
• Найлен, Ричард Л., « Спор о молниях продолжается », The Electrical Apparatus, февраль 2001 г.
• Альянса молниезащиты Образовательная страница
• Джон Скофферн , Научный кружок Орра , Атмосферное электричество - теория громоотводов, В. С. Орр, 1855 г.
• Научно-популярная статья, февраль 1919 г., о грозовых разрядниках и о том, как они использовались в ранних системах распределения электроэнергии переменного и постоянного тока, «Электрические устройства и как они работают, часть 14: Грозозащитные разрядники», журнал Popular Science , февраль 1919 г., 5 ненумерованных страниц, отсканировано Google Книги: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT17.
• «Действительно ли громоотводы работают?», The Straight Dope , 24 августа 2001 г.
• Scientific American , « Защита от молнии », 6 августа 1881 г., стр.88.