Все, что нужно знать про активную молниезащиту!

На сегодняшений день споры среди проектировщиков, электромонтажников и производителей активной молниезащиты не угасают.

Можно ли управлять точкой удара молнии в интересах практической молниезащиты?

Для ответа на этот вопрос необходимо учитывать множество факторов: экономическая целесообразность, простота в использовании и самое главное — надёжность

Можно ли управлять точкой удара нисходящей молнии?

На этот вопрос любой специалист, не задумываясь, даст положительный ответ. Если спросить его об аргументации, наверняка услышите в ответ подробное изложение гипотезы Голда. Из нее следует, что точка удара молнии определяется местом старта от наземного сооружения высоко температурного плазменного канала высокой проводимости. Его называют встречным лидером .

Это он перехватывает канал лидера нисходящей молнии, который опускается к земле от грозового облака. Управление точкой удара фактически сводится к управлению встречным лидером. В момент его старта у вершины наземного сооружения или у вершины молниеотвода нет никаких особо сильных электрических полей, а физические характеристики плазмы в канале мало чем отличаются от характеристик лабораторной искры, длина которой в современных экспериментах уже давно превысила сотню метров. У специалистов есть источники высокого напряжения для инициирования столь длинных искровых разрядов. Их вполне можно применять и для воздействия на условия старта и развития встречного лидера в грозовой обстановке.

Поставьте вопрос в иной плоскости – можно ли управлять точкой удара молнии в интересах практической молниезащиты?

Теперь вы вряд ли дождетесь быстрого и однозначного ответа. Слишком много самых различных факторов придется анализировать. Первый из них стоимость. Традиционные затраты на внешнюю молниезащиту обычно исчисляются долями процента от стоимости защищаемого сооружения. Поэтому источник управляющих воздействий должен быть дешевым. Еще он должен быть достаточно простым и не нуждаться в эксплуатационном контроле, иначе трудно рассчитывать на массовое применение активных молниеотводов. Наконец, самое главное. Активный молниеотвод должен быть надежным. Современные технические объекты требуют надежности защиты от прямых ударов молнии на уровне 0,999. И это при том, что электрические параметры разряда молнии статистически варьируют в пределах двух порядков величины. Еще источник управляющих воздействий обязан быть достаточно быстродействующим, потому что каналы в многокомпонентных молниях часто развиваются с интервалами менее 0,1 с и нередко идут по совершенно различным траекториям. В молниезащите каждый такой компонент приходится рассматривать как самостоятельную молнию.

Именно с этих позиций надо оценивать все предлагаемые сегодня активные молниеотводы.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор;
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва;
признанный отечественный Эксперт в области заземления и молниезащиты

Миф активной молниезащиты

ESE – молниеотводы

Под таким названием выпускаются современные активные молниеотводы. Аббревиатура образована английскими словами “ранняя стримерная эмиссия”. Предполагается, что конструкция молниеотвода обеспечивает исключительно раннее развитие встречного разряда, от чего, якобы, вырастает длинный встречный лидер, перехватывающий молнию на в 5 - 6 раз более далеком расстоянии. Молниеотвод отличается обоюдоострой конической вершиной, на которую подается импульс высокого напряжения от встроенного источника. Источник – “know-how” фирмы. Вероятно, его накопитель энергии заряжается от тока короны в электрическом поле грозового облака. Изолирующая прокладка между вершиной молниеотвода и его основанием толщиной в несколько миллиметров позволяет оценить предельную величину напряжения, которое может быть подана на вершину. Ни при каких обстоятельствах оно не выше 20 – 30 кВ. Из сказанного в разделе 3 ясно, что столь низким напряжением встречный лидер не стимулировать. Остается только радиус вершины. Его влияние подробно анализировалось с помощью численного моделирования. На рис. 1 показано, при какой высоте нисходящего лидера молнии может стартовать стримерная вспышка от стержневого молниеотвода высотой 50 м с вершиной различного радиуса. Здесь влияние радиуса налицо. Но для успешной работы молниеотвода важна не стримерная вспышка, а активно растущий встречный лидер. К сожалению, в диапазоне малых (< 1 см) радиусов вершины влияние этого параметра на возникновение активно растущего встречного лидера пренебрежимо слабое (рис. 1).

Влияние радиуса вершины молниеотвода на условия старта стримерной вспышки и активно растущего встречного лидера

Как итог можно заключить, что использование ESE-молниеотводов вместо традиционных аналогичной высоты не должно привести к расширению зоны защиты.

Аналогичные результаты был получены из сравнительного опыта эксплуатации ESE и обычных молниеотводов специалистами университета Нью-Мехико. Они не выявили никаких преимуществ “активных” молниеотводов. Научная сессия IEEE в 2003 г в Торонто подвела итог дискуссии по активным молниеотводам. Аргументов в их пользу специалисты не увидели.

Тем не менее, выпуск ESE-молниеотводов продолжается. Рекламная компания фирм-производителей усиленно навязывает их потребителям далеко не во всем честными методами. Например, демонстрируются протоколы испытаний молниеотводов на высоковольтных стендах. Такие испытания в промежутках длиной около 10 м действительно проводились в некоторых странах, в том числе и в России. Их результаты никак не могли претендовать на оценку эффективности молниеотводов. Эксперимент в лабораторном промежутке принципиально нельзя переносить на молнию с в сотни раз большей длиной канала, поскольку все основные параметры длинной искры резко нелинейные, а процесс ее развития не подчиняется законам подобия. В лучшем случае в лаборатории подтверждалось вполне очевидное и мало значащее для сути дела предположение о более раннем возбуждении стримерной вспышки от электрода меньшего радиуса. И это все.

Важно отметить, что ни в одном отечественном нормативном документе по молниезащите (как, например, и в нормативах США) нет никаких указаний на возможность использования в практике проектирования ESE – молниеотводов. Все включенные в них предписания касаются только молниеотводов традиционного исполнения. И только эти предписания являются юридическим основанием для последующей проверки законности применения избранных средств защиты от прямых ударов молнии. В этой связи вызывают недоумение действие некоторых руководителей государственных инспекций, имеющих собственные мнения относительно использования активных молниеотводов. Так, заместитель руководителя Ростехнадзора по Уральскому региональному округу Ю.И. Юдин разрешил применение отечественных активных молниеотводов “Громостар” в своем округе. Он руководствовался заключением № 1-М от 31.08.06 “Центра лабораторного анализа и технических измерений УрФО”, не имеющего никакого отношения к теории и практике молниезащиты. Еще дальше пошло Управление государственного энергетического контроля в лице заместителя начальника А.В. Цапенко. Есть смысл привести копию его информационного (а на деле сугубо рекламного) письма полностью.

Копия письма, разрешающего применять активные молниеотводы фирмы “FOREND”

Что же касается самого заключения о молниеотводе “FOREND EU”, разработанного в Турции, то оно основано на экспертном заключении ООО “Энергоаудит” № 05/07-39 от 14.11.07. На сайте этой организации помещена статья, претендующая на пояснение физических принципов работы молниеотвода. Из нее следует, что специалисты “Энергоаудит” так мало знакомы с проблемой активных воздействий на молнию, что перепутали результаты лабораторных испытаний стойкости молниеотвода к воздействию тока молнии с испытаниями, которые обязаны были подтвердить эффективность предложенных фирмой управляющих воздействий на встречный лидер.

Приходится еще раз повторить, что методика расчета зон защиты молниеотводов в отечественных нормативных документах по молниезащите сознательно не принимает во внимание все рекламируемые управляющие воздействия, поскольку они противоречат современным представлениям о процессах ориентировки молнии, а приписываемый им положительный эффект не подтвержден ни полномасштабными испытаниями, ни опытом эксплуатации.

Норматив не может запретить Вам тратить деньги на активные молниеотводы, но приобретая их, надо помнить, что Вы должны выбирать высоту, число и место расположения молниеприемников, исходя из требований национальных нормативных документов, а не рекламных инструкций, составленных фирмами-изготовителями. Разрешительные письма, подобные здесь приведенными, не будут приняты в качестве индульгенции при расследовании очередной грозовой аварии.