По статистике, один раз в 60 лет в двухэтажный дом попадает молния. Каждый год в России из-за молний случаются сотни пожаров, а уж высотные здания притягивают разряды атмосферного электричества регулярно. Например, Останкинская башня получает около 60 ударов в год. Так что для небоскребов и разного рода башен защита от молний — вопрос крайне актуальный.
Первый громоотвод — российский?
На первый взгляд, все просто и понятно: ставим на башне шпиль — молниеприемник, к нему крепим кабель — токоотвод и уводим к заглубленным в грунт стержням — заземлению. Бенджамин Франклин придумал такую систему защиты от молний еще в 1752 году, установив первый громоотвод на крыше собственного дома. Правда, пригодился он только через 34 года.
Согласно другой версии, за 25 лет до Франклина первый громоотвод уже установили в России, на Невьянской башне (высота 57,5 м) на Урале. Это самый ранний прототип из всех известных — во всяком случае из тех, что ставили на высотных зданиях.
Это было закономерно: в нашей стране уже в первой половине XVIII века изучением молний занимались Михаил Ломоносов и Георг Рихман. Последний, кстати, был убит шаровой молнией при проведении наблюдений за атмосферным электричеством. Как выразился Ломоносов, «Рихман умер прекрасной смертью, исполняя по своей профессии должность. Память его никогда не умолкнет».
Удары в стену
Вопреки стереотипам, молнии бьют не только в шпиль высотного здания, они могут запросто ударить и в стену. При этом наличие металлических элементов для притяжения разряда необязательно. Сам по себе бетон — не лучший проводник, но в дождь он становится влажным и его электропроводность возрастает.
Молния даже способна производить механические разрушения различных конструкций и зданий. Вот, например, как описывает подобное происшествие Камиль Фламмарион в своей книге «Атмосфера»: «28 июня 1885 года молния упала на купол обсерватории в Жювизи, который тогда не был еще снабжен громоотводом, с неслыханной силой оторвала большой кусок дуба с угла здания, расщепила его, разбросала щепки, а одну из них засунула под петлю оконной рамы, между отворяющейся и неподвижной ее частью, в щелку не более одного миллиметра. И все это — не разбив стекла».
Поэтому на высотных зданиях громоотводы устанавливают и в горизонтальной плоскости. Они представляют собой оцинкованные пластины, опоясывающие периметр здания. Обычно кольца таких пластин размещают на каждом этаже, соединяя их магистральными вертикальными полосами. А вниз, к контуру заземления, ток идет по спрятанным в стенах здания металлическим стержням. Роль изоляционного материала выполняет бетон.
«Железо» — в клетке Фарадея
Таким образом молниезащита — своего рода панцирь для здания. Однако есть и другая проблема. Как правило, на крыше зданий установлено несчетное количество телеком-оборудования. Конечно, оно имеет защиту от перегрузок и в критической ситуации автоматически выключится, но молния способна уничтожить приборы, даже если они отключены от сети. Иногда эту проблему решают весьма изящно: например, шпиль в петербургского Лахта-Центра имеет ячеистую структуру и, по сути, представляет собой клетку Фарадея. Разряд проходит по ней, не проникая внутрь. Так конструкция успешно защищает размещенное внутри шпиля оборудование.
Все это выглядит довольно старомодным. Неужели наука не создала более продвинутых способов защиты от молний? Строго говоря, нет. Зачем, если и так все работает? Но бизнес — изобрел.
Активная молниезащита
Дубайский небоскреб Бурдж-Халифа имеет высоту 828 м, это самое высокое здание в мире. И молниезащита у него тоже самая продвинутая — активная.
Верх башни обшит токопроводящими панелями с функцией слежения за атмосферным электричеством с помощью специальных датчиков. Когда система понимает, что молния вот-вот ударит, эти датчики определяют полярность заряда и молниеприемная мачта генерирует ему противоположный. Получается, что он-то и притягивает на себя молнию. Если точнее, система формирует так называемый «восходящий лидер» — разряд, который выстреливает навстречу «нисходящему лидеру» — молнии.
Выглядит такой подход чрезвычайно современно. Но на самом деле примерно то же самое происходит и в традиционных системах пассивной молниезащиты. Просто у так называемой активной системы «восходящий лидер» формируется чуть раньше.
При этом у системы активной молниезащиты довольно много противников, даже несмотря на то, что она повышает радиус защищаемой зоны. Так, у пассивной системы он равен примерно высоте пика молниеприемника относительно поверхности Земли, у активной — в 4 раза больше.
Критики же утверждают, что эффективность активной молниезащиты сильно завышена и объективной статистики по ней нет. Последнее, как ни странно, факт. Как и то, что старые небоскребы успешно обходятся классическими системами, а активная молниезащита стоит существенно дороже.