Громоотвод: зачем это устройство и как оно работает

В наши дни вряд ли найдется человек, не знающий, для чего нужен громоотвод. Впрочем, такое название, прочно укоренившееся в обиходе, совершенно неправильно отражает суть этого устройства. Ведь оно служит для защиты зданий и сооружений не от грома, который не приносит никакого вреда, а от молнии. Именно мощный электрический заряд молнии и тепловая энергия в канале ее продвижения к земле несут в себе угрозу для высоких предметов: производственных, общественных и жилых зданий (в том числе и частных домов), людей, аппаратуры и промышленного оборудования, находящихся в них, а также разных инфраструктурных объектов. О том, как работает громоотвод и что он собой представляет, мы и хотим рассказать в этой статье.

что такое громоотвод

Что такое молниеотвод (громоотвод)

Молниеотвод (именно такое название больше подходит тому, что принято называть громоотводом) – это специальное устройство, служащее для защиты зданий и сооружений от попадания в них молнии. Оно состоит из трех основных частей:

  • молниеприемника, служащего для принятия на себя электрического разряда молнии – чаще всего его монтируют на крыше, но могут и в непосредственной близости от здания в виде отдельно стоящей конструкции;
  • токоотвода, служащего для передачи электрического заряда от молниеприемника к заземлителю;
  • заземлителя – углубленного в грунт разветвленного проводника, образующего замкнутый контур.

История создания громоотвода

Середина XVIII века считается в науке эпохой интенсивного изучения электричества и магнетизма. Ученые и исследователи разных стран пытались познать физическую суть такого разрушительно природного явления, как молния. Но первым, кто изобрел громоотвод и придумал, как с его помощью защитить свой дом, стал американский политический деятель, ученый и изобретатель Бенджамин Франклин – один из отцов-основателей США, чей портрет с 1914 года печатается на стодолларовой купюре. Именно он в 1752 году, в результате многочисленных экспериментов и исследований природы молнии:

  • установил, что атмосферное электричество имеет те же свойства, что и статическое, возникающее в результате трения;
  • изучил, как влияет на электрические свойства проводников их остроконечная форма;
  • предложил метод защиты высотных строений от прямого попадания молнии с помощью двух длинных железных стержней, на верхнем конце которых прикреплен заостренный кусок медной проволоки. Стержни должны быть заглублены в землю не менее, чем на 1 м.

Предложения Франклина по обустройству громоотводов для защиты построек от молнии сначала было встречено с недоверием. Но в том же году французский исследователь Томас-Франсуа Далибар сконструировал первый молниеотвод, пользуясь описанием Франклина. В первую же сильную грозу Далибар зафиксировал возникновение искр на острие своего громоотвода, что подтверждало идею Франклина о возможности отвода атмосферного разряда в землю.

Осенью 1752 года установил молниеотвод на крыше своего дома и Франклин, соединив металлический стержень с колодцем проволокой, подключенной к электрическому звонку, звонившему при каждом попадании молнии. И за все это время дом выдающегося изобретателя ничуть не пострадал.

Постепенно изобретение Б. Франклина стало входить в моду. И уже к 1783 году в Филадельфии было установлено более 400 громоотводов.

Сегодня, когда в застройке городов и населенных пунктов преобладают высотные здания, уже не стоит вопрос необходимости установки на них молниеотвода, ведь молния бьет преимущественно по высоким точкам. Изобретение Франклина стало обязательным элементом, обеспечивающим безопасность строения и находящихся в нем людей.

как работает громоотвод

Как работает молниеотвод (громоотвод) на зданиях

Чтобы понять принцип работы громоотвода (молниеотвода), необходимо знать физические основы такого природного явления, как молния.

Как возникают молнии

Возникновение молнии в грозу происходит следующим образом:

  1. в грозовых облаках, состоящих из водяного пара, его капли превращаются в льдинки. Теплый воздух внутри тучи поднимается вверх, увлекая за собой мелкие частички льда, а более крупные льдинки опускаются вниз. При этом заледеневшие капли, движущиеся в противоположных направлениях, сталкиваются друг с другом – и происходит их электризация;
  2. более крупные частицы замерзшего водяного пара приобретают отрицательный заряд, а мелкие – положительный, поскольку их атомы теряют электрон при столкновении. Внутри облака происходит поляризация свободных зарядов, с накоплением отрицательно заряженных частиц в нижней зоне грозового облака;
  3. под заряженным кучево-дождевым облаком индуцируются заряды противоположного знака (положительные). Они скапливаются на поверхности земли, крышах зданий и верхней части сооружений;
  4. напряженность электрического поля между грозовой тучей и землей постоянно увеличивается, в результате чего разность потенциалов достигает величины, достаточной для образования разряда;
  5. между облаком и землей происходит ионизация воздуха, природа которой до конца еще не изучена. По одной версии, ее причиной являются разгон свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольшом количестве, а по другой – высокоэнергетическое космическое излучение;
  6. ионизированный воздух хорошо проводит электричество. В нем возникает множество каналов, так называемых стримеров. Но запуск молнии происходит по одному, наиболее яркому каналу с высокой проводимостью, который получил название ступенчатого лидера молнии. Именно по нему устремляется поток электронов к земле, где сконцентрировался положительный заряд;
  7. молния распространяется быстро, со скоростью 50 тыс. км/сек, разветвляясь в разные стороны, прокладывая себе путь к точкам с наибольшей концентрацией положительно заряженных частиц.

Принцип действия молниеотвода

Разобравшись в том, как возникает и распространяется молния между грозовым облаком и землей, легко понять принцип действия громоотвода и его работу по отведению мощного электрического разряда от здания или сооружения.

В период прохождения грозового облака при наличие на здании молниеотвода, происходят следующие явления:

  1. индуцируются заряды на земле и всех предметах, расположенных на ней. При этом наибольшая напряженность электрического поля концентрируется вокруг острых токопроводящих предметов, в том числе вокруг острия молниеприемника;
  2. молния, распространяясь в направлении наибольшей концентрации положительно заряженных частиц, наносит удар не по самому зданию, а по верхушке молниеотвода;
  3. разряд молнии передается по токоотводу на заземлитель и уходит в землю.

как работает молниеотвод

Особенности громоотвода материалы для его изготовления 

Несмотря на то, что схема устройства громоотвода всегда одна и та же, его конструкция может иметь некоторые особенности. Так, например, молниеприемник может быть:

  • стержневым – в форме металлического штыря. Такой молниеприемник должен находиться как можно выше над поверхностью земли (не менее 58% от желаемого радиуса зоны защиты);
  • тросовым – в виде металлического троса натянутого над крышей. Такие молниеприемники применяют для защиты длинных зданий и сооружений, или высоковольтных ЛЭП;
  •  сеточным – в виде сетки, сваренной из стальной арматуры.

Стержни заземлителя также изготавливаются из металла. Их сечение должно быть не менее 25 мм2, и они должны входить в грунт на глубину от 3 м и более. Размещать заземлитель нужно вдали от детских площадок, скамеек и пешеходных дорожек.

В качестве токоотвода используется кабель большого сечения, который при прокладке крепится к строительным конструкциям. Приобрести его можно в интернет-магазине «Кабель-Инвест».

 

Перейти в каталог