1. Молниеотвод
О том, как защищаться от опасных действий молнии, много думали уже с давних времён, но настоящее научное изучение этого вопроса началось лишь с середины 18 века, после того как Франклин своими опытами доказал, что молния представляет собой электрический разряд. Сам Франклин немедленно сделал практическое применение из своих опытов, предложив устройство громоотвода, или, как его правильнее называть — молниеотвода. Вот как он описывает его.
«Если грозовые облака действительно наэлектризованы, то нельзя ли в таком случае защитить от удара молнии дома, церкви, корабли и т. д. устройством высоких заострённых железных шестов? От основания такого железного шеста должна была бы идти по наружной стене дома в землю или по борту корабля в воду металлическая проволока. Эти заострённые железные шесты, вероятно, бесшумно отводили бы электричество из облака прежде, чем последние приблизились бы настолько, чтобы можно было опасаться удара молнии. Этим способом можно было бы защититься от ужасного несчастья».
Наш великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов установил, что молниеотвод отклоняет уже развивающуюся молнию от защищаемого сооружения. Ломоносов так говорит о молниеотводах:
«Такие стрелы на местах, от обращения человеческого по мере удалённых, ставить за небесполезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах силы свои изнуряла».
В настоящее время на практике применяются именно такие системы защиты от молнии, которые перехватывают молнии и не допускают их к сооружениям.
2. Различные виды молниеотводов
Существуют различные способы защиты от молнии. Мы уже кратко говорили о тех защитных мероприятиях, которые применяются на линиях передач электрической энергии. Теперь посмотрим, как защищать от грозовых разрядов здания и различные другие постройки.
Наиболее распространёнными являются молниеотводы, представляющие собой металлический стержень (называемый молниеприёмником), возвышающийся над защищаемым сооружением и соединённый с землёй металлическим проводником. Этот проводник служит для отвода тока молнии в землю и называется токоотводом. Для лучшего соединения с землёй токоотвод в земле имеет разветвления, состоящие из нескольких металлических стержней или проволоки, располагающихся наподобие корней дерева. Вся эта подземная металлическая система называется заземлением. Мы уже видели, что чем лучше связь токоотвода с землёй, тем с меньшей опасностью для окружающих может быть отведён разряд.
На рис. 18 показан молниеотвод, установленный на крыше дома. Такого вида молниеотводы называются стержневыми. Стержневые молниеотводы часто устанавливаются на отдельно стоящих деревянных столбах или металлических мачтах.
Рис. 18. Дом, защищенный от поражения молнией.
Другим видом молниеотводов являются антенны и сетки, натягиваемые над сооружениями. Все эти молниеотводы служат одной цели: предохранить сооружение от попадания в него молнии, отвести молнию в землю с наименьшим ущербом для хозяйства и жизни людей и животных.
При устройстве молниеотводов любого типа основным является вопрос — какое пространство этот молниеотвод может защитить? Чем выше молниеотвод, тем с большего пространства вокруг себя он может как бы собрать молнии. Стержневой молниеотвод защищает во все стороны от себя одинаково. Вокруг него образуется «защищённое пространство», имеющее форму конуса (такую форму имеет шалаш, составленный из палок — см. рис. 19). Расстояние от окружности, на которую опирается этот шалаш, до её центра, где стоит молниеотвод, такое же, как высота молниеотвода. Всё, что находится внутри этого конуса, будет защищено от молнии.
Рис. 19. Пространство, заключённое в этом конусе, защищено от грозовых разрядов.
Если нужно защитить от молнии какое-либо небольшое сооружение, то ставят на него или около него стержневой молниеотвод такой высоты, чтобы всё сооружение попало в защищаемое пространство внутри изображённого здесь конуса.
3. Примеры устройства молниеотводов
Основные требования, которые предъявляют к сооружению молниеотвода, защищающего от грозы колхозные и сельские постройки, — это дешевизна и простота самого устройства.
Наилучшей защитой является стержневой молниеотвод, который устанавливают на самой постройке.
Для примера рассмотрим защиту от молнии небольшого жилого дома, изображённого на рис. 20.
Рис. 20. Защита от молнии небольшого дома.
Здесь молниеотвод длиною в 5 метров установлен в середине конька крыши. Пунктирные линии на рисунке ограничивают то пространство, куда не может попасть молния.
Как видно из рисунка, все части дома оказываются защищёнными.
Молниеотвод может быть и в виде деревянного шеста, укреплённого к стропилам крыши. Тогда токоотводным проводником будет железная проволока толщиной в 8–9 миллиметров, которую следует проложить вдоль шеста. Проволока может быть и не круглой, но её поперечник должен быть не меньше 50 квадратных миллиметров. Проволока должна быть укреплена на шесте железными бандажами и выступать над верхним концом шеста не менее, чем на 100–150 миллиметров. Токоотвод следует опустить по крыше и затем по стене дома вниз, в землю, в которой вырывается канава глубиной в 1 метр. На дне канавы располагают токоотвод. Длина канавы и токоотвода может быть различной, в зависимости от характера почвы: в глине она равна 3 метрам, в суглинке — 5 метрам, в чернозёме — 10 метрам, в супеске — 15–25 метрам. Чем меньше проводимость грунта, тем длиннее проволока.
В песчаных грунтах заземление молниеотвода следует делать в местах с одинаковой влажностью и выполнять его в виде двух-трёх лучей, направленных в разные стороны, каждый длиной 20 метров.
Если токоотвод прокладывается по кровле, сделанной из воспламеняющегося материала (например, солома, щепа и т. п.), то нельзя допускать, чтобы он касался крыши. В этих случаях токоотвод прокладывается на деревянных или металлических штырях, укреплённых на решётке кровли таким образом, чтобы между проволокой и поверхностью крыши оставался промежуток в 5–10 сантиметров.
Защита от грозовых разрядов может быть осуществлена молниеотводом, стоящим отдельно от дома, например, можно использовать дерево, растущее вблизи строений (рис. 21). В этом случае достаточно проложить проволоку по стволу дерева. Если длина этой проволоки до поверхности земли достигает 14–18 метров, а расстояние от проволоки до наиболее удалённого края дома не более 10–15 метров, то дом будет защищён от ударов в него молнии.
Один молниеотвод может защищать одновременно два дома, как видно на том же рисунке 21. Если дерево находится от здания на расстоянии меньшем, чем 4–5 метров, то следует в том месте строения, которое ближе всего к дереву, проложить по стене железный провод (толщиной 7–8 миллиметров), присоединив его под землёй к заземлителю молниеотвода. Эта проволока, в случае перескакивания молнии на защищаемое сооружение, предупредит расщепление постройки и её воспламенение.
Рис. 21. Защита с помощью молниеотвода, устроенного на дереве.
Здесь же следует указать, что молниеотводы должны быть удалены от конюшен и других помещений, где находятся животные, не менее, чем на 5–6 метров, так как животные и, в частности, лошади очень восприимчивы к воздействиям на них даже очень незначительного электрического тока.
4. Как человеку защититься от молнии?
Чтобы не быть поражённым ударом молнии, нужно избегать во время грозы подходить к молниеотводам или высоким одиночным предметам (столбам, деревьям) на расстояние меньшее 8–10 метров. Если человек застигнут грозой вдали от помещений, то он ни в коем случае не должен прятаться под деревьями, прислоняясь к их стволу.
Очень опасно быть в течение грозы на возвышенных местах (холмах или горах) или на открытых равнинах. Рекомендуется укрываться в небольших углублениях на склоне холмов, вблизи больших камней или деревьев на расстоянии не менее чем на 8–10 метров от одиночных предметов, выбирая, если имеется возможность, место посередине между двумя деревьями, растущими на расстоянии 15–25 метров.
Следует обратить внимание на одну очень распространённую и совершенно неправильную меру, применяемую иногда при поражении людей электрическим током или молнией. Мера эта заключается в том, что поражённого током человека для «оживления» временно закапывают в землю. Но эта мера может лишь повредить человеку. В то время как человек нуждается в искусственном дыхании и усиленном притоке к телу воздуха, засыпание землёй препятствует этому. А если есть открытые ранения от удара молнии, то земля загрязняет их. Поэтому закапывание в землю вредно. Пострадавшему, находящемуся в бессознательном состоянии, до прихода врача необходимо делать искусственное дыхание.
5. Защита от шаровых молний
Так как шаровая молния изучена сравнительно мало, то до сих пор ещё нет надёжно проверенных способов защиты от неё.
Хотя и бывали случаи, когда шаровая молния проникала даже через закрытое окно, пробив оконные стёкла, всё же целиком закрытое помещение, при закрытых окнах и воздухопроводах (вентиляциях) достаточно защищено от шаровой молнии.
В качестве простых мер, защищающих от шаровой молнии, рекомендуется установить над выходными отверстиями труб, в вентиляционных проходах и т. д. металлические заземлённые сетки с площадью отверстий не более 4 квадратных сантиметров и толщиною проволоки в 2–21/2 миллиметра. Во время грозы следует закрывать окна, двери и другие отверстия, через которые шаровая молния может проникать внутрь помещения. Если закрытие всех таких проходов произвести затруднительно, то следует применять металлические сетки.
Эти меры должны особенно тщательно осуществляться в огнеопасных помещениях.