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 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 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.

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».