О необходимости токоотводов

Сам по себе громоотвод – не очень сложное устройство. Он состоит из трёх основных элементов. Первый – это собственно высоко расположенный стержень, в который бьёт молния. В нижней части этой конструкции находится заземлитель. Его назначение – распределить поступивший электрический заряд по грунту для его нейтрализации. Соединяет верхнюю и нижнюю часть специальная проводящая система, которая называется токоотводом. Часто в качестве таковой выступают арматура и другие несущие металлические конструкции. Подобное решение, например, используется в различных железобетонных опорах. Их молниеприёмник соединён с элементами металлической арматуры, проходящими внутри бетона. По этим металлическим стержням заряд уходит в землю. Такое решение, на первый взгляд, очень удобно. Однако специалисты всё чаще предпочитают применять отдельный токоотвод. Чем же вызван столь повышенный интерес к такому, казалось бы, простому элементу? Давайте остановимся на этом аспекте подробнее.

Итак, при ударе молнии заряд принимается молниеприёмником и проводится в землю по токоотводу, в качестве которого в данном случае выступает собственная арматура железобетонной конструкции. При этом нужно учитывать, что ток, проходящий по данной системе, никуда не испаряется. И он создаёт в арматуре магнитное поле, сравнимое с тем, которое инициируется в открытом молниевом канале. Молниеотвод не меняет силу тока. Напряжённость поля ослабевает по мере удаления от токоотвода. Чем ближе к проводнику, тем она выше.

Кроме того, для нас имеет большое значение, насколько быстро напряжённость меняется в течение определённого временного промежутка. Этот параметр определяется скоростю роста тока. Измерить её крайне сложно, так как для этого требуется оперировать крайне малыми временными промежутками. Поэтому для измерений применяются приборы с минимальным временем ответа. Ни одно из измерительных устройств, даже самых современных, не может реагировать мгновенно. Ещё в начале прошлого века применялись датчики, для которых этот показатель составлял минимум 10 мкс. Время ответа приборов, используемых современными учёными и инженерами, сократилось примерно в тысячу раз по сравнению с этим показателем.

Усовершенствование датчиков позволило исследовать грозовые разряды с очень высокой скоростью роста силы тока. Максимальные её значения, которые зафиксированы в нормативной документации, составляют 2´10¹¹ ампер в секунду. Так быстро меняющийся ток может генерировать наведённое напряжение до 4 тысяч вольт на расстоянии 10 метров от токопроводящего контура. Сравните эти показатели с напряжением в 220 вольт в обычной бытовой сети ‒ и вы поймёте, насколько может быть опасной не сама молния, а создаваемое ею магнитное поле. Оно действует дистанционно, нанося ущерб людям и технике. Особенно подвержены его воздействию современные дорогостоящие электроприборы: офисное оборудование, компьютеры, бытовая техника и т. д.

Как же свести к минимуму вероятность такого дистанционного воздействия тока, проходящего по молниеотводу в землю? Ответ здесь напрашивается сам собой: нужно сделать так, чтобы путь от молниеприёмника к заземлителю находился как можно дальше от защищаемого объекта. Однако такой подход крайне трудозатратен и применим далеко не для всех объектов. Дело в том, что чаще всего громоотводы монтируются непосредственно на крышах зданий, которые защищают. Если же расположить их в стороне, придётся значительно увеличить высоту молниеприёмника, чтобы здание попало в защищаемую им зону. Поэтому инженеры, специализирующиеся на молниезащите, чаще всего идут по другому пути. Они дробят попавший в молниеприёмник ток, направляя его в землю сразу по нескольким каналам. И такое решение позволяет добиться отличных результатов.

Приведём простой пример. Если вместо одного токоотвода использовать сразу четыре, расположенных по углам квадратного здания со стороной 50 метров, то уже на пятиметровом расстоянии от проводника поле ослабевает в десять раз по сравнению с показателями одиночного токоотвода. И чем больше расстояние от проводника, тем более внушительную разницу мы заметим.

Помимо системы, где токоотводы располагаются по углам объекта, сейчас реализуется молниезащита с пошаговым расположением токоотводов: например, на расстоянии 2 метра друг от друга. Такой шаг мы взяли неслучайно. Как правило, именно таково расстояние между армирующими элементами пластиковых стеклопакетов. В данном случае металлические стержни арматуры могут выступать в качестве токоотводов. Благодаря этому для монтажа сотни токоотводящих каналов на большом офисном здании потребуется минимум дополнительных затрат. При этом эффект снижения напряжённости поля будет колоссальным.

А как же быть с частными коттеджами, ведь в них обычно нет сплошного остекления стен, как в офисных зданиях, и, соответственно, нельзя проложить множество каналов без больших затрат? Можно, конечно, просто смонтировать несколько токоотводов, однако эффект от этого не будет большим, так как размеры постройки слишком маленькие. Для таких случаев существуют иные способы защиты. Чтобы дорогостоящее оборудование внутри дома осталось целым при попадании молнии в громоотвод, придётся использовать специальные приборы. Они будут снижать воздействие электромагнитных наводок.

Напоследок напомним об опасности тока, проходящего по токоотводам. Ток создаёт значительное падение напряжения под действием электромагнитной индукции. Индукция – это параметр, присущий всем проводникам. Для обычной тонкой металлической проволоки он составляет около 10^-6 Гн на метр. Это немного. Но в случае с молнией речь идёт о токе с крайне высокой скоростью роста. Из-за неё даже тонкий проводник может создавать напряжение в 100 киловольт. Об этом нужно всегда помнить. Именно по этой причине в частных домах важно обеспечить такое расположение токоотводов, чтобы свести к минимуму вероятность их контакта с людьми.