Гроза - одно из наиболее серьезных стихийных бедствий. Молнии нередко приводят к гибели людей и животных, вызывают природные пожары, разрушают здания и линии связи, нарушают работу аэропортов.
Как защитить себя и свое имущество от грозовых разрядов? Мы подробно расскажем об этом в цикле статей "Все, что нужно знать о молниезащите". А в первой части познакомим с тем, как образуется молния и где она может быть наиболее опасна.
Когда минус стремится к плюсу
Для развития грозы необходимы особые атмосферные условия, которые приводят к характерной грозовой облачности. Еще из школьных уроков мы знаем, что из-за испарения воды с поверхности нашей планеты атмосфера насыщена водяными парами. Поднимаясь в верхние слои атмосферы, они охлаждаются и превращаются в капельки воды или кристаллы льда, образующие облака. Под воздействием холода капли воды укрупняются и выпадают на землю в виде дождя.
Процесс понятен, но откуда берутся молнии? Падая на землю, капли дождя соприкасаются с поднимающимся потоком воздуха, что приводит к появлению на них электрического заряда. Кроме того, электрический заряд образуется в облаках при разбрызгивании больших капель на мелкие. Разрушаясь под воздействием ветра, большая часть капли сохраняет положительный заряд, а мелкие брызги заряжаются отрицательно.
При этом отдельные части облака, а также облако и земля начинают взаимодействовать друг с другом. Создается электрическое поле, под воздействием которого свободные электроны, находящиеся в воздухе, приобретают значительную скорость и устремляются к земле.
Сталкиваясь на своем пути с атомами воздуха, электроны, в свою очередь, разбивают их на положительные ионы и электроны. Освободившиеся электроны устремляются также по направлению к земле и, снова сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют их. Возникает электронная лавина.
За сотые доли секунды электронные лавины достигают земли и образуется канал для разряда молнии, по которому начинает интенсивно протекать электрический ток. Происходит соединение отрицательного электрического заряда, скопившегося в облаке, с положительным электрическим зарядом земной поверхности. Возникает электрический разряд огромной мощности - молния.
Путь молнии не всегда прямолинейный, чаще ветвистый, что объясняется различными свойствами участков воздуха – ведь молния выбирает более легкий путь. Чаще всего разряд устремляется к возвышенностям или к высоким предметам, где положительный заряд особенно велик (трубы, мачты, холмы, деревья, дома и т.д.). Предпочтительным объектом для разряда молнии всегда является тот, который хорошо проводит электричество. На избирательность разряда влияет также проводимость почвы. Например, известны случаи прямого разряда молнии в дно глубокого оврага, где почва влажная, хорошо проводящая электричество.
Линейная молния, представляющая собой электрический разряд огромной мощности, сопровождается сильным раскатистым треском - громом.
Откуда появляется гром? При развитии молнии ее канал заполнен одноименно заряженными частицами, которые, отталкиваясь одна от другой, сильно расширяют его стенки. В момент разряда молнии, под воздействием температуры в несколько тысяч градусов, воздух в канале стремится расшириться еще больше. В результате этого внутри канала создается давление в тысячи атмосфер, мгновенно пропадающее после исчезновения молнии.
Образуются взрывные волны, подобные обыкновенной звуковой волне, воспринимаемые нами как гром. Молния и гром возникают одновременно, но мы слышим раскаты грома позднее, чем видим светящийся разряд. Это объясняется тем, что свет молнии распространяется в атмосфере почти мгновенно, а звук - лишь со скоростью 330 м/сек. Чем ближе разряд к нам, тем раньше мы услышим раскат грома.
Куда молнии бьют чаще?
Подсчитано, что на всем земном шаре за год случается 16 миллионов гроз, т.е. 44 тысячи ежедневно. Если принять, что средняя продолжительность грозы составляет 1 час, то получится, что в любой момент на поверхности земного шара происходит около 2 тысяч гроз.
Однако грозовая активность распределяется по поверхности нашей планеты неравномерно, в зависимости от географической широты, характера земной поверхности, рельефа местности, характера воздушных и морских течений и т.п. В равнинной местности, а также в северных и южных районах земного шара грозы происходят сравнительно редко. Наибольшее число гроз наблюдается в странах, расположенных ближе к экватору, что связано с активными испарениями.
Грозы над материками бывают чаще, чем над океанами. В сухой пустынной местности количество гроз невелико. Но их много там, где почва достаточно влажна и местность имеет пересеченный рельеф. Встречаются районы на земном шаре, где бывает до 250 грозовых дней в году. Среднее число грозовых дней в год в различных районах России показано ниже.
Количество грозовых дней на территории европейской части России колеблется в пределах от 5-10 до 40 дней в году. Принято считать слабогрозовыми районы, где бывает до 10 дней с грозами в год. Если таких дней от 10 до 30, то районы считаются грозовыми, а с числом грозовых дней более 30 - сильногрозовыми.
Как видно на карте, на большей части территории России отмечается средняя или сильная грозовая активность. А значит, необходимо серьезно подойти к устройству системы молниезащиты, чтобы избежать ущерба имуществу и здоровью людей.
В дом ударила молния…
Жилые дома и различные хозяйственные постройки редко поражаются молнией. Однако каждый ее разряд в незащищенное здание представляет серьезную опасность для жизни людей и может привести к значительным разрушениям, особенно если дом сделан из дерева.
Ток молнии не опасен для металлических проводников сечением от 35 мм 2 или металлических частей дома, имеющих хорошее соединение между собой и с землей. Но если дом не имеет электрического соединения с землей или сооружен из непроводящего материала (кирпич, бетон, камень, дерево и т.п.), то удар молнии вызывает пробой. Образование канала разряда молнии в толще непроводящего материала сопровождается высоким давлением и температурой, приводит к разрушению элементов дома, по которым проходит ток.
Соприкосновение канала разряда молнии, имеющего весьма высокую температуру, с легковоспламеняющимися и горючими материалами или взрывоопасными смесями газов, паров и пыли вызывает пожар или взрыв.
Разряды молнии в провода воздушных линий (электрических, телефонных, радиотрансляционных и др.) вызывают появление в этих проводах высоких потенциалов, которые проникают в дома, вызывая искрение электропроводки, штепсельных розеток, выключателей, телефонных аппаратов и др. электроприемников на землю или на заземленные элементы дома (водопроводные, отопительные или канализационные трубы и другие металлические элементы дома, имеющие связь с землей). Для взрыво- и пожароопасных помещений дома это представляет угрозу, так как даже маломощные искры в таких помещениях способны вызвать взрыв или пожар.
Чем еще опасна гроза
Кроме прямых разрядов молнии в дом или постройку и проникновения в него высоких потенциалов через коммуникации, представляют опасность так называемые вторичные воздействия молнии. Дело в том, что при разрядах молнии даже на удалении до 500-700 м от дома вследствие электростатической индукции на изолированных от земли металлических частях, находящихся внутри дома и на крыше, могут наводиться высокие потенциалы относительно земли.
Под действием наведенных напряжений, достигающих десятков тысяч вольт, внутри дома могут возникать искры длиной в несколько сантиметров. Такая искра вряд ли может воспламенить горючие материалы, однако если в помещении содержится взрывоопасная концентрация паров, газов или пыли горючих веществ, она может вызвать взрыв.
В жилых домах, покрытых металлочерепицей, этот процесс может представлять повышенную опасность вследствие ряда причин: неправильной укладки и крепления листов кровли, отсутствия заземления кровли по всей поверхности, что во время разряда молнии вблизи дома может привести к множественным очагам искрения.
Одной из главных мер защиты в этом случае является применение стержневых молниеотводов и заземление кровли . Установленный рядом с домом или на доме стержневой молниеотвод хотя и приближает разряд прямого удара молнии к дому, вследствие чего индуцированное напряжение возрастает, но в то же время, образуя встречный канал для прохождения разряда, удаляет от защищаемого дома зону, в которой формируется главный разряд молнии, уменьшая тем самым величину шаговых напряжений.
Ко вторичным проявлениям молнии относят также появление разности потенциалов внутри здания вследствие заноса высоких потенциалов по подземным и надземным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям, воздушным линиям связи, воздушным линиям электропередачи и т.п.), радио- и телевизионным антеннам и др.
Таким образом, каждый дом и постройки должны быть защищены от разрядов молнии. Только так можно обезопасить находящихся в них людей от поражения током молнии или вызванного молнией взрыва или пожара.
Как обеспечить надежную защиту от грозовых разрядов с помощью системы молниезащиты IEK ®, расскажем в следующей части нашей статьи.
Если оказался на улице во время грозы…
Прямые удары молний поражают людей сравнительно редко. Чаще всего при грозовых разрядах есть опасность подвергнуться шаговому напряжению и напряжению прикосновения .
Опасность шагового напряжения становится незначительной на расстоянии 8-10 м от места разряда молнии.
Если человек во время разряда молнии проходит вблизи дерева, опоры линии электропередачи, молниеотвода или другого предмета, через который был прямой разряд молнии, то электрический ток молнии, растекаясь по земле, проходит и через ноги человека и замыкается снова на землю.
Напряжение, которое образуется на поверхности почвы растекающимся от места разряда молнии током, называется шаговым. Оно определяется длиной шага человека. Если же ступни ног плотно сдвинуты, то шаговое напряжение практически отсутствует, так как ток через тело человека не проходит. Таким образом, отходить от места разряда молнии надо мелкими семенящими шажками, не отрывая ног от земли.
Кроме линейных, можно иногда наблюдать и другие виды молний. Наиболее часто из них встречается шаровая молния, которая «живет» от доли секунды до нескольких минут. Затем она либо просто тихо исчезает, либо издает при этом слабый треск, а иногда оглушительный звук, подобный взрыву. В случае прикосновения или разряда на человека она причиняет сильные ожоги, следствием которых может быть смертельный исход.
Учитывая, что движение шаровой молнии происходит по потоку воздуха, в случае встречи с ней необходимо замереть на месте, чтобы не привлечь ее к себе. В такой ситуации необходимо четко следить за тем, чтобы молния не вошла в дом, а здание, естественно, должно иметь надежную молниезащиту.