Вставка 14

Молния и авиация. Всреднем пассажирский самолёт получает удар молнии через каждые три тысячи часов полёта, т.е. примерно 1–2 раза в год.Бьющая в самолёт молния – впечатляющее зрелище. Это явление стало причиной аварии 2 августа 2005 г. французского самолёта. Он заходил на посадку в сильную грозу, соскользнул с полосы и оказался в овраге. К счастью, все 309 находившихся на борту людей были благополучно эвакуированы – всего за несколько минут до взрыва машины. Самая известная катастрофа самолёта «Боинг 707» произошла в 1963 г. Самолёт рухнул на землю после того, как в его топливный бак попала молния. Погибли все находившиеся на его борту – 81 человек. Это рекордное число жертв единственной молнии. Для атмосферных зарядов наиболее уязвимы электроника и топливная система самолёта, хотя к падению машины это ведёт редко. Алюминиевый корпус хорошо проводит электричество, поэтому молния быстро проскакивает сквозь него и снова выходит в атмосферу, оставляя лишь поверхностные «ожоги».

Повреждения, наносимые молнией, обусловлены высо­ким напряжением, большой силой тока в канале молнии и температурой, достигающей 30 000°С.

В среднем за год грозы уносят больше жизней, чем наводнения, смерчи и ураганы. Удары молнии иногда сопровождаются разрушениями, вызванными ее термическими и электродинамическими воз­действиями, а также некоторыми опасными последствиями, возникающими (как и при ядерном взрыве) от действия элек­тромагнитного и светового излучения.

Наибольшие разрушения вызывают удары молнии в на­земные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического про­боя в материале образуются узкие каналы, в которые устрем­ляется ток молнии. Из-за очень высокой температуры часть материала интенсивно испаряется со взрывом. Это приводит к разрыву или расщеплению объекта, пораженного молни­ей, и воспламенению горючих элементов.

Возможно также возникновение большой разности потен­циалов и электрических разрядов между отдельными предме­тами внутри сооружений. Такие разряды могут явиться причиной пожаров и поражения людей электрическим током. Часто прямым ударам молнии подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями, например, металлические дымовые трубы, башни и строения, стоящие в открытой местности.

Весьма опасны прямые удары молнии в воздушные ли­нии связи с металлическими опорами. Сильный ток, про­шедший через тело человека от удара молнии, вызывает ос­тановку сердца. Нисходящие воздушные потоки являются серьёзной опасностью для самолётов, особенно во время взлёта или посадки, так как они создают вблизи земли ветер с сильными внезапными изменениями скорости и направления (вставка 14). Поражающие факторы молнии сведены в таблицу 21.

Таблица 21

Поражающие факторы молнии

Защита зданий и сооружений от молний состоит в безо­пасном заземлении электрических импульсов, т. е. в приме­нении молнеотводов. Различают три типа воздействия тока молнии: прямой удар, вторичное воздействие заряда молнии и занос высоких потен­циалов (напряжения) в здания (шаровая молния).

При прямом разряде молнии в здание или сооружение может произойти его механическое или термическое разрушение.

Вторичное воздействие разряда молнии заключается в наведении в замкну­тых токопроводящих контурах (трубопроводах, электропровод­ках и др.), расположенных внутри зданий, электрических токов. Эти токи могут вызвать искрение или нагрев металлических конструкций, что может стать причиной возникновения пожара или взрыва в помещениях, где используются горючие или взры­воопасные вещества. К этим же последствиям может привести и занос высоких потенциалов (напряжения) по любым металло­конструкциям, находящимся внутри зданий и сооружений под действием молнии. Это вызывает резкое возрастание напряжения в электрических сетях, приводящее к различным аварийным ситуациям – от выгорания микросхем в бытовых приборах до полного выхода из строя электрооборудования.

Для защиты от действия молнии при прямом разряде устраивают молниеот­воды. Это заземленные металлические конст­рукции, которые воспринимают удар молнии и отводят ее ток в землю. Различают стержневые (вертикальные) и тросовые (горизонтальные протяженные) молниеотводы. Их защитное действие основано на свойстве молний поражать наибо­лее высокие и хорошо заземленные металлические конструкции.

Заземнитель молнезащиты – один или несколько заглубленных в землю электродов, предназначенных для отвода в землю токов молнии. Кроме заземнителя молниеотвод имеет токоприемник стержневой или тросовый и токоотвод.

Каждый молниеотвод имеет определенную зону защиты – часть пространства, внутри которого обеспечивается защита здания с определенной степенью надежности. В зависимости от| степени надежности зоны защиты могут быть двух типов – А и Б. Зона защиты зоны А обладает надежностью 99, 5 % и выше, а типа Б – 95 % и выше.

Рассмотрим, какую зону защиты образует стержневой отдельно стоящий молниеотвод (рис. 5.3.1).

Как следует из рисунка, зона защиты для данного молниеот­вода представляет собой конус высотой h₀ с радиусом основания на земле r₀. Обычно высота молниеотвода (h) не превышает 150 м. Остальные размеры зоны в зависимости от величины ( h, м) следующие (табл. 22).

Существуют также зависимости, позволяющие, задаваясь размерами защищаемого объекта (h_x и r_x,), определить величину h. Эта зависимость для зоны Б имеет вид:

h = (r_x +1, 63 h_x)/1, 5;

Для молниеотводов других типов зависимости иные.

Таблица 22

Параметры зоны защиты для молниеотвода

Методика расчета молниеотвода предусматривает определение его высоты и радиуса защиты. Методика расчета молнезащиты изложена в Инструкции по устройству молнезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 [].

Металлические буровые вышки, мачты самоходных и передвижных установок в целях грозозащиты должны иметь заземление не менее чем в двух точках. Запрещается во время грозы производить на буровой вышке, а также находиться ближе 5 м от заземляющих устройств молнезащиты. Для защиты человека от молнии на открытом месте необ­ходимо найти заземленное убежище. Таким убежищем мо­жет служить лес.

Рис. 34. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

1 – граница зоны защиты на уровне высоты объекта; 2 – то же, на уровне земли; h – высота молниеотвода; h₀ – высота конуса защиты; h_x – высота защищаемого объекта; r_x– радиус зо­ны защиты на уровне высоты объекта; r₀ – радиус зоны защиты объекта на уровне земли.

Отдельно стоящее дерево представляет опасность, так как является громоотводом, и не исключен пробой между деревом и человеком (табл. 23).

Таблица 23

Действия населения при грозе

В заключение несколько слов о том, как научиться рассчитывать приближение грозы. Чтобы определить, на каком расстоянии она находится, приближается или отдаляется, нужно засечь время между вспышкой молнии и последующим раскатом грома. Известно, что скорость распространения звука в воздухе равна примерно 344 м/с, т.е. за 3 секунды звук проходит примерно 1 км. Если время от вспышки молнии до грома постепенно сокращается, значит, гроза приближается к вам. Исходя из этого, можно рассчитать приблизительное расстояние до эпицентра грозы и принять меры по обеспечению своей безопасности. Самая опасная ситуация складывается тогда, когда сразу за вспышкой молнии грохочет гром – значит, грозовое облако уже прямо над вами.

При грозах опасны интенсивные ливни, градобития, уда­ры молний, порывы ветра и вертикальные потоки воздуха (для авиации).

Опасность градобитий определяется диаметром (массой) градин и размерами поражаемой площади – «градовых до­рожек». Диаметр градин обычно не менее нескольких мил­лиметров и увеличивается вместе со скоростью и высотой поднятия грозовых облаков. Крупные градины диаметром от 1, 2 до 12, 5 см представ­ляют собой более сложные структуры.

Град – это атмосферные осадки в виде шариков льда и смеси льда и снега. Обычно град выпадает из мощных кучево-дождевых облаков во время про­хождения холодного фронта или во время грозы. Частота выпадения града раз­лична: в умеренных широтах он бывает 10–15 раз в год, у экватора на суше, где значительно более мощные восходя­щие потоки – 80–160 раз в год.

Выпадение гра­да приводит к поразительным разрушениям и к человече­ским жертвам. В России разработаны методы определения градоопасных облаков и созданы службы борьбы с градом. Опасные облака «расстреливают» снарядами, снаряженными специальными химическими веществами.

Наиболее градоопасны территории в предгорь­ях Карпат, Кавказа, Средней Азии. На Северном Кавказе диаметр градин нередко достигает 6–7 см, мас­са 60–70 г (рекорд 0, 5 кг). В июле 1991 г. град повредил 18 само­летов в аэропорту Минеральные Воды. В Индии отмечен рекорд массы градин – 7 кг; отмечен случай гибели слона от удара гради­ны массой 3 кг. Крупный град разбивает виноградники и плантации фруктовых деревьев, крыши зданий, теплицы, автомашины и т. д.; град обычного размера повреждает и уничтожает посевы. Около 9/10 ущерба урожаю наносят редкие (около 10 % общего числа) сильные градобития.

«Градовые дорожки» достигают в длину 50–60 км, в ши­рину – до 10 км, но обычно они в 5–10 раз меньше. Весьма тяжелые повреждения посевам наносятся, когда слой выпав­шего града составляет хотя бы немногие сантиметры. Наи­большая зарегистрированная толщина слоя града – более 0, 5 м (в Колорадо, США).