Громовідвід: навіщо цей пристрій і як він працює

У наші дні навряд чи знайдеться людина, яка не знає, для чого потрібний громовідвід. Втім, така назва, що міцно укорінилася в побуті, абсолютно неправильно відображає суть цього пристрою. Адже воно служить для захисту будівель і споруд не від грому, який не завдає жодної шкоди, а від блискавки. Саме потужний електричний заряд блискавки та теплова енергія в каналі її просування до землі несуть у собі загрозу для високих предметів: виробничих, громадських та житлових будівель (у тому числі і приватних будинків), людей, апаратури та промислового обладнання, що знаходяться в них, а також різних інфраструктурних об'єктів. Про те, як працює громовідвід і що він є, ми і хочемо розповісти в цій статті.

Що таке блискавковідвід (громовідвід)

Блискавковідвід (саме така назва більше підходить тому, що прийнято називати громовідводом) – це спеціальний пристрій, який служить для захисту будівель та споруд від влучення в них блискавки. Він складається із трьох основних частин:

• блискавкоприймача, що служить для прийняття на себе електричного розряду блискавки – найчастіше його монтують на даху, але можуть і в безпосередній близькості від будівлі у вигляді конструкції, що окремо стоїть;
• струмовідводу, що служить передачі електричного заряду від блискавкоприймача до заземлювача;
• заземлювача – заглибленого у ґрунт розгалуженого провідника, що утворює замкнутий контур.

Історія створення громовідведення

Середина XVIII століття вважається у науці епохою інтенсивного вивчення електрики та магнетизму. Вчені та дослідники різних країн намагалися пізнати фізичну суть такого руйнівно-природного явища, як блискавка. Але першим, хто винайшов громовідвід і вигадав, як з його допомогою захистити свій будинок, став американський політичний діяч, учений та винахідник Бенджамін Франклін – один із батьків-засновників США, чий портрет із 1914 року друкується на стодоларовій купюрі. Саме він у 1752 році, в результаті численних експериментів та досліджень природи блискавки:

• встановив, що атмосферна електрика має ті ж властивості, що і статична, що виникає внаслідок тертя;
• вивчив, як впливає на електричні властивості провідників їх гостра форма;
• запропонував метод захисту висотних будов від прямого влучення блискавки за допомогою двох довгих залізних стрижнів, на верхньому кінці яких прикріплений загострений шматок мідного дроту. Стрижні повинні бути заглиблені в землю не менше ніж на 1 м.

Пропозиції Франкліна щодо облаштування громовідводів для захисту будівель від блискавки спочатку зустріли з недовірою. Але того ж року французький дослідник Томас-Франсуа Далібар сконструював перший блискавковідвід, користуючись описом Франкліна. У першу ж сильну грозу Далібар зафіксував виникнення іскор на вістря свого громовідводу, що підтверджувало ідею Франкліна про можливість відведення атмосферного розряду в землю.

Восени 1752 року встановив блискавковідвід на даху свого будинку і Франклін, з'єднавши металевий стрижень із колодязем дротом, підключеним до електричного дзвінка, що дзвонив при кожному попаданні блискавки. І за весь цей час будинок видатного винахідника не постраждав.
Поступово винахід Б. Франкліна став у моду. І вже до 1783 року у Філадельфії було встановлено понад 400 громовідводів.

Сьогодні, коли у забудові міст та населених пунктів переважають висотні будівлі, вже не стоїть питання необхідності встановлення на них блискавковідводу, адже блискавка б'є переважно за високими точками. Винахід Франкліна став обов'язковим елементом, що забезпечує безпеку будови і людей, що знаходяться в ньому.

Як працює блискавковідведення (громовідведення) на будівлях

Щоб зрозуміти принцип роботи громовідведення, необхідно знати фізичні основи такого природного явища, як блискавка.

Як виникають блискавки

Виникнення блискавки в грозу відбувається так:

1. у грозових хмарах, що складаються з водяної пари, його краплі перетворюються на крижинки. Тепле повітря всередині хмари піднімається вгору, захоплюючи за собою дрібні частинки льоду, а більші крижинки опускаються вниз. При цьому замерзлі краплі, що рухаються в протилежних напрямках, стикаються один з одним - і відбувається їх електризація;
2. найбільші частинки замерзлої водяної пари набувають негативного заряду, а дрібні – позитивного, оскільки їх атоми втрачають електрон при зіткненні. Усередині хмари відбувається поляризація вільних зарядів з накопиченням негативно заряджених частинок у нижній зоні грозової хмари;
3. під зарядженою купово-дощовою хмарою індукуються заряди протилежного знака (позитивні). Вони накопичуються на поверхні землі, дахах будівель та верхній частині споруд;
4. напруженість електричного поля між грозовою хмарою та землею постійно збільшується, внаслідок чого різниця потенціалів досягає величини, достатньої для утворення розряду;
5. між хмарою та землею відбувається іонізація повітря, природа якої до кінця ще не вивчена. За однією версією, її причиною є розгін вільних електронів, що завжди є в повітрі в невеликій кількості, а за іншою – високоенергетичне космічне випромінювання;
6. іонізоване повітря добре проводить електрику. У ньому виникає безліч каналів, так званих стримерів. Але запуск блискавки відбувається по одному, найбільш яскравому каналу з високою провідністю, який отримав назву ступінчастого лідера блискавки. Саме ним спрямовується потік електронів до землі, де сконцентрувався позитивний заряд;
7. блискавка поширюється швидко, зі швидкістю 50 тис. км/сек, розгалужуючись у різні боки, прокладаючи собі шлях до точок із найбільшою концентрацією позитивно заряджених частинок.

Принцип дії блискавковідводу

Розібравшись у тому, як виникає і поширюється блискавка між грозовою хмарою та землею, легко зрозуміти принцип дії громовідводу та його роботу щодо відведення потужного електричного розряду від будівлі чи споруди.

У період проходження грозової хмари при наявності на будівлі блискавковідводу відбуваються наступні явища:

1. індукуються заряди землі та всіх предметів, розташованих у ній. При цьому найбільша напруженість електричного поля концентрується навколо гострих струмопровідних предметів, у тому числі навколо гострого блискавкоприймача;
2. блискавка, поширюючись у напрямі найбільшої концентрації позитивно заряджених частинок, завдає удару не по самому будинку, а по верхівці блискавковідводу;
3. розряд блискавки передається по струмовідводу на заземлювач і йде в землю.

Особливості громовідведення матеріали для його виготовлення

Незважаючи на те, що схема пристрою громовідводу завжди та сама, його конструкція може мати деякі особливості. Так, наприклад, блискавкоприймач може бути:

• стрижневим – у формі металевого штиря. Такий блискавкоприймач повинен бути якомога вище над поверхнею землі (не менше 58% від бажаного радіусу зони захисту);
• тросовим – у вигляді металевого троса, натягнутого над дахом. Такі блискавкиприймачі застосовують для захисту довгих будівель і споруд, або високовольтних ЛЕП;
• сіточним – у вигляді сітки, звареної зі сталевої арматури.

Стрижні заземлювача також виготовляються із металу. Їх перетин має бути не менше 25 мм2, і вони повинні входити до ґрунту на глибину від 3 м і більше. Розміщувати заземлювач потрібно далеко від дитячих майданчиків, лавок і пішохідних доріжок.

Як струмовідведення використовується кабель великого перерізу, який при прокладці кріпиться до будівельних конструкцій (серед таких кабелів можна виділити ВВГ). Придбати його можна в інтернет-магазині "Кабель-Інвест".

 

Автор
Цвілій Сергій Леонтійович - директор ТОВ «Кабель-Інвест»