Защита от молнии. Как защитить себя от молнии

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.

Лето — это прекрасное время года. Оно позволяет нам понежиться под теплыми солнечными лучами, поплавать в море или другом водоеме, обогатить свой рацион витаминами за счет потребления большого количества ягод, фруктов и овощей. Но, с другой стороны, лето – это еще и сезон гроз. Знаете ли Вы, как вести себя во время грозы, как защититься от молнии? Именно об этом мы сегодня и поговорим.

Сотрудники МЧС, отвечая на вопрос, что делать во время грозы, дают следующие советы:

1. Избегать открытой местности. Молния всегда бьет в самую высокую точку, а человек посреди поля – это и есть высокая точка. Поэтому, если получилось так, что Вы во время грозы остались в поле, спрячьтесь в каком-либо углублении: ложбинке, канаве, яме, либо самом низком месте. Сядьте на корточки и пригните низко голову.

2. Также нужно избегать воды. Она хорошо проводит ток. Поэтому во время грозы не рекомендуется купаться и ловить рыбу.

3. Во время грозы опасно разговаривать по мобильному телефону. Его вообще рекомендуют выключать.

4. Желательно избавится от металлических предметов. Были случаи, когда молния ударяла в связку ключей, которые находились в кармане. То есть цепочки, часы, ключи, и даже зонт с металлическими элементами могут стать причиной удара.

А теперь давайте подробнее поговорим о том, как защититься от молнии в определенной местности.

Защита от молнии в поле

О поле мы уже упоминали, но, давайте немного дополним. При первых признаках приближающейся грозы с поля нужно уйти. Если до ее начала Вы не успели покинуть местность, не прячьтесь под отдельно стоящие деревья и не заходите в небольшие рощи. Вам нужно самому не стать виновником попадания разряда и удалиться от возможных зон риска на 100-200 м. Если гроза «подошла» совсем близко, рекомендуется лечь на землю и неподвижно лежать. И не спешите вставать сразу по окончании грозы, продержитесь так еще минут 20 после удара последней молнии.

Во время грозы в поле нельзя делать следующие действия: идти, гордо выпрямившись, прятаться под одиноко стоящие деревья, в стог сена, а также прикасаться к ним телом.

Как защититься от молнии в лесу?

Вероятность попадания молнии в определенное дерево леса зависит от его высоты. Поэтому держитесь подальше от высоких деревьев. Если Вас застала гроза в лесу, спрячьтесь под густыми кронами низкорослых деревьев. Причем, не у самого ствола, а на расстоянии, равном высоте этого дерева. Рекомендуется занять позу «эмбриона», то есть присесть, спину согнуть, голову опустить.

Нельзя во время грозы в лесу прятаться под высокими деревьями, деревьями, ранее пораженными молнией, сидеть в палатке на открытой местности, сидеть у горящего костра.

Как защититься от молнии у водоема?

Как говорилось выше, при приближении грозы водоем лучше покинуть, причем отойти подальше от береговой линии. Если во время начала грозы Вы находитесь на каком-то плавсредстве, немедленно пристаньте к берегу.

Как защититься от молнии в горах?

Для начала нужно спуститься с возвышенностей – холмов, хребтов, вершин, перевалов. Опасно находиться у воды.

Лучше всего остановиться под высоким отвесом. Однако приближаться к стене ближе, чем на 2 метра, не стоит.

Можно спрятаться и в естественных нишах-пещерах, но, не ближе, чем за 2 метра от стены.

Отложить все металлические предметы за 20-30 м от своего места нахождения.

В период грозы в горах нельзя прислоняться к скалам и отвесным стенам.

Как защититься от молнии в машине?

Машина хорошо защищает от ударов молнии находящихся внутри людей. Поэтому если Вас застала в машине гроза, закройте все окна, отключите телефон, навигатор, радиоприёмник. Не дотрагивайтесь до ручек дверей и металлических деталей.

Как защититься от молнии на мотоцикле и велосипеде?

Эти транспортные средства в отличие от машины Вас в грозу не спасут. Поэтому рекомендуется покинуть транспорт и отойти от него на расстояние 20-30 м. Спрятаться, в местах, которые описаны выше.

Как защититься от молнии, находясь в садовом либо дачном доме?

1. Закрыть все двери и окна.
2. Ни в коем случае не топить печь и закрыть дымоход.
3. Выключить электроприборы, отключить антенну.
4. Выключить мобильный телефон.
5. Не стоит находиться около окна.

Как защититься от молнии на улице?

1. Уйти с открытой местности.
2. Не находиться вблизи металлических сооружений и линий электропередач.
3. Не прикасайтесь к железу.
4. Снимите с себя все металлические изделия.
5. Не раскрывайте зонт.
6. Не останавливайтесь под высокими деревьями.
7. Не сидите у костра.
8. Не подходите близко к металлическим заборам.
9. Не купайтесь в водоеме.
10. Не катайтесь на велосипеде, мотоцикле.
11. Не разговаривайте по мобильному телефону.

В сегодняшней статье мы рассказали Вам о том, что можно, а чего нельзя делать во время грозы и как защититься от молнии. Если у Вас есть, что добавить, напишите в комментариях.

На этой неделе непогода накрыла всю Украину. Сотни населенных пунктов остались без света. Летние грозы особенно опасны из-за ударов молний. Как вести себя во время грозы, чтобы не стать жертвой молнии – читайте далее в статье.

В сети появились впечатляющие видео, как 14 июня в Киеве. А в прошлом году от попадания молний в Украине погибло несколько человек.

Хотя смерть от молнии – очень редкое явление, следует иметь хотя бы базовые знания, как защитить себя от удара молнии в условиях, когда непогода застала вас врасплох. Запомните эти простые правила, возможно когда-то они спасут жизнь вам или вашим знакомым.

1. Если ваш автомобиль рядом – немедленно садитесь в него, переждите грозу там

2. Если вы в лесу – спрячьтесь под большие кусты.

3. Если нет кустов – прячьтесь под деревья средней высоты. Лучше всего для этого подходят бук, клен и береза. Не стоит прятаться под дуб, сосну, ель и тополь – в эти деревья молния попадает чаще всего.

Лучше переждать грозу в доме или в автомобиле

4. Не прячьтесь под одиночные и высокие деревья, молния попадает в высокие объекты.

5. Не становитесь возле повреждённых и обгоревших деревьев, молния часто ударяет в одно и то же место.

6. Отойдите от металлических предметов (мангал, велосипед, мопед, металлические ворота) на расстояние не менее 30 м.

7. Остановитесь, если вы бежите, едете на велосипеде или мотоцикле.

8. Не стойте на крышах домов.

9. Не ходите по полю, найдите низину, овраг или углубление в земле, так, чтобы ваше тело не выступало над поверхностью. Важно найти сухое место, ведь влага сильнее проводит электричество. Cядьте, немного наклоните голову, чтобы она не была выше предметов, которые расположены рядом.

10. Если вас двое, трое или более – не кучкуйтесь в укрытии вместе, а прячьтесь поодиночке, разряд проходит через контакт человеческих тел.

11. Не плавайте в в открытом водоеме.

12. Не используйте зонты с металлическими ручками.

13. Не используйте электронными устройствами (мобильные телефоны, планшеты и т.д.), можно отключить.

14. Снимите с себя все металлические предметы.

15. Если вы дома – закройте окна. Не делайте сквозняков, ведь они притягивают шаровую молнию, как магнит.

Во время непогоды стоит отложить гаджеты в сторону

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:

Исторически так сложилось, что в России не принято придавать большого значения защите от грозы, вернее - это никогда не было проблемой. Вспомните, часто ли вы видели громоотводы на деревенских домах или коттеджах? Да, устанавливают громоотводы по техническим нормам над промышленными производствами, на энергоподстанциях, на заводских трубах, вышках, высоких зданиях, на антеннах базовых станциях мобильной связи. И, в общем-то, всё. Насчёт своего жилья люди обычно не «заморачиваются». Может потому, что зима у нас дольше, забот других больше, или атмосфера у нас спокойнее, чем, к примеру, в Америке, где только одни торнадо чего стоят, не говоря уж о грозах, от которых там народу гибнет в тысячи раз больше, чем от акул…

Но статистика - неумолимая вещь, и пожаров от ударов молний хватает, и жертвы бывают, телевизоры и электрооборудование перегорают, или начинаешь задумываться, как защитить себя, своих близких, когда собираешься в поход, в горы или на водоём. Или просто - всю жизнь прожил в доме, а теперь решил поставить наружную антенну для Интернета и вдруг задумался - нужно ли её заземлять, как защититься от молнии.

По некоторым данным, грозовая активность в ближайшем будущем будет усиливаться, грозы будут нередки даже зимой.

Разберём несколько моментов, связанных с защитой от молний. Если установка молниеотвода - самостоятельная или платная - довольно распространённая тема в Интернете, то вопросы о необходимости установки и связанные с ней опасности, не очень ясно осознают жители, находящиеся или проживающие вне городов.

Куда ударяет молния

Молния - это разряд статического электричества между разноимённо заряженными поверхностью земли и облаком. Место пробоя или выбор места удара молнии определяется электропроводностью почвы и высотой объектов. Электропроводность зависит от увлажнённости почвы и способности удерживать влагу. Поэтому молнии чаще ударяют в глинистые почвы, в овраги, берега рек и озёр, в места скопления подземных вод. И чем выше объект, тем больше вероятность попадания в него молнии.

Отсюда и принцип молниеотвода – обеспечить наилучшие условия для попадания в него молнии.

Молниеотвод и связанные с ним заблуждения

Бытует заблуждение среди людей, особенно среди сельских жителей и дачников, что:

1) молниеотвод лучше не ставить, чтобы не притягивал молнии со всей округи;

2) антенну (телевизионную, спутниковую или GSM) лучше не заземлять, чтобы, наоборот, не притягивала молнию, если, де мол, притянет, то расплавится всё, любой провод, и всё сгорит. Или, наоборот, заземлить, и она будет защищать дом и огород, как молниеотвод…

Во-первых, действительно, молниеотвод - это устройство, которое всегда привлекает молнию. Но он защищает свою территорию, радиус которой примерно равен его высоте. Именно в этом заключается принцип защиты - если молнии суждено попасть в эту территорию, то она попадёт именно в её центр - в молниеотвод, а все объекты, находящиеся внутри этой территории, будут защищены. То есть если молния вознамерилась попасть в ваш дом, то она ударит в молниеотвод, а не в крышу, стену, дерево или человека рядом с домом. С другой стороны, ваш молниеотвод совершенно не защитит соседский дом, если расстояние до него будет больше зоны защиты. Если суждено, молния поразит его, как будто вашего молниеотвода не существует вовсе.

Во-вторых, молниеотвод должен быть выше самого высокого объекта на охраняемой территории. Поэтому если есть антенна, она должна находиться внутри конуса защиты молниеотвода. Это означает, что антенну целесообразно располагать на мачте молниеотвода, ниже его самого.

В-третьих, если молниеотвод сделан по правилам, то он, при попадании молнии, уведёт энергию в землю. При этом сами молниеприёмник и токоотвод могут раскалиться докрасна, этот факт надо учитывать при выборе способа крепления их к деревянному дому.

Как защитить дом

Молниеотвод состоит из трёх основных частей - молниеприёмника, отводящего провода, заземлителя.

Рис. 1 Устройство простейшего молниеотвода: 1 - молниеприёмник; 2 - токоотвод; 3 - заземлитель

Молниеприёмник может быть стержневой, как на рис. 1, или тросовый, как на рис.4.

Основные принципы и правила

1. Сечения молниеприёмника, отводящего провода, заземлителя должны быть не менее указанных в таблице:

Сечение, мм2	молниеприёмника	токоотвода	заземлителя
сталь	50	50	80
Алюминий	70	25	не применяется
Медь	35	16	50

Примечание:

Указанные значения могут быть увеличены в зависимости от повышенной коррозии или механических воздействий.

Токоотвод должен располагаться на расстоянии не менее 0,1 м от стены дома, если дом деревянный.

Указанные выше значения выведены на основании многолетних научных исследований и обеспечивают отвод энергии молнии в землю при прямом попадании.

2. Соединения должны быть сделаны сваркой или на болтах (рис. 2) с достаточной площадью контакта. Действительно, если место соединения будет иметь сопротивление больше суммарного сопротивления всего молниеотвода, то молния при попадании может свернуть на какой-либо близкорасположенный более проводящий объект, будь то стена, печная труба, дерево или человек.

Отсюда и опасность такого молниеотвода - он притягивает молнию, но «прямого пути» ей не обеспечивает.

Рис. 2 Примеры болтового соединения.

3. Заземлитель должен быть отдельным и не связанным с земляными шинами домашней электросети. Более подробно о площади заземлителя и глубине его укладки в зависимости от типа почвы можно найти в книге .

4. Область защиты стержневого молниеотвода представляет собой конус, вершина которого совпадает с остриём молниеприёмника, а основание имеет радиус, равный его высоте. Поэтому если рядом с домом имеется дерево, которое значительно выше дома, то правильнее заземлять дерево, то есть ставить молниеотвод на дерево, при этом молниеприёмник необязательно должен быть на самой макушке дерева, лишь бы конус его защиты был выше крыши дома и всего, что на ней находится.

Пример защиты дома стержневым молниеотводом

Рис. 3 Стержневой молниеотвод дома: 1 - молниеприёмник; 2 - мачта; З - токоотводящий провод; 4 - заземлитель; 5 - место подсоединения токоотвода к заземлителю; 6 - фундамент; 7 - уровень почвы.

Пример защиты дома тросовым молниеотводом

Рис. 4 Устройство тросовой молниезащиты: 1 - стержневые молниеприёмники; 2 - тросовые молниеприёмники; 3 - стойки; 4 - токоотвод; 5 - заземлитель; 6 - зона увлажнения.

Следует помнить, что сечение троса должно быть не меньше указанного в таблице для молниеприёмника, чтобы молния не «свернула».

5. Внешняя УКВ- или СВЧ-антенна (телевизионная, GSM, Wi-Fi, спутниковая) должны иметь заземлённую мачту и свой молниеотвод (рис. 5).

Рис. 5 Примеры защиты антенн.

Возможна установка антенны на мачту молниеотвода, при этом антенна не должна выходить за конус защиты. Использовать заземлённую антенну в качестве молниеотвода как предлагается, например, на сайте gelezo.ws.md - недопустимо!

Кабель снижения должен быть снабжён заземлённым разрядником.

Рис. 6 Антенный разрядник.

Разрядники для антенн могут быть, например, такие, как на www.radiolab.ru .

Кабели от уличных видеокамер можно снабжать разрядниками при вводе их в дом.

LAN-кабель можно включать через такое устройство защиты, как на info-sys.ru , или, как и телефонный кабель, можно включать через сетевой фильтр, снабжённый такими разъёмами, например Power Cube Garant Power Cube Garant , этот фильтр можно (и нужно) использовать для включения компьютеров и аудио– видеоаппаратуры для защиты от импульсных помех.

Ограничители импульсного напряжения силового кабеля, устанавливаемые во входном электрощитке, могут быть, например, такие, как на team-torg.ru и electrotehprom.ru .

Проводка в доме должна иметь земляной провод, розетки должны иметь земляной контакт. Земляной провод, а также провод, подсоединённый к водопроводной трубе, должны быть соединены на одну земляную шину, к которой присоединен контур заземления, не связанный с заземлителем молниеотвода.

Литература

1. СО 153-34.21.122-2003 ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ;

2. РД 34.21.122-87 ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

3. Разъяснение Управления по надзору в электроэнергетике Ростехнадзора о совместном применении…

5. Василий Назаров. Телевизионные антенны

6. А. Митра. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли.

Александр ПЛАТОНОВ