Дистанционное влияние молнии

В большинстве своём подобные воздействия характеризуются влиянием электромагнитного поля молнии на электропровода, от которых питается объект защиты, или на его внутреннюю электросеть. Если оценивать степень опасности воздействия, то в первую очередь стоит рассмотреть, какого вида линии электропередач наиболее уязвимы.

У сегодняшних строений в целях обеспечения их энергопитанием прокладываются преимущественно экранированные кабели, находящиеся под землёй, идущие от подстанции, находящейся поблизости. В этих местах наблюдается минимум возбуждаемых наводок. Подобное воздействие даже не всегда берут в расчёт, так как оно практически не опасно. Какая-либо наводка возбуждается только в ситуации, когда при ударе почти весь ток направляется на оболочку подземной электро-коммуникации.

Молниезащита воздушных линий в невысоких строениях

В загородных отдельно стоящих коттеджах и частном секторе преимущественно используется воздушный метод прокладки кабеля (380/220 В). И только с недавних пор в Российской Федерации начали прокладывать изолированный провод (СИП). В межфазных расстояниях он идентичен обычной подземной проводке. По размеру площади контур от провода до провода, который пронизывается электромагнитным полем молнии сравнительно небольшой. Поэтому наведённая ЭДС магнитной индукции тоже имеет небольшую величину. Опасной может быть только молния, попадающая на такой кабель по прямой.

Подавляющее большинство воздушных электро-коммуникаций 380/220 В до сих пор состоит из голых, незащищённых проводов. Между ними бывает расстояние d=0,3–0,5 м. Некоторые линии могут иметь протяжённость (длину l_ВЛ) от объекта, находящегося под защитой, равную сотням метров. В этих случаях контур, который пронизывается магнитным полем при воздействии молнии, то есть s = l_ВЛd, будет равен нескольким десяткам кв. метров. Это провоцирует возникновение высокого индуцированного напряжения UЭМ, даже если молния будет расположена довольно далеко и находиться от линии на расстоянии r (рис. 1).

Для вычисления наведённого напряжения в целях выявления элементарной приближённой оценки используют формулу № 1:

Формула № 1. Наведённое напряжение

где μ₀=4π×10^-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума, а A_I = d_IM/dt является скоростью роста электротока молнии на фронте импульса. Показатели электротока молнии, со скоростью его возрастания в том числе, могут варьироваться в хаотичном порядке в диапазоне двух порядков величины. Исходя из стандарта СО-153-34.21.122-2003, максимальной скоростью роста считается величина 2х10¹¹ А/м.

При выведении оценки применение этой характеристики привело бы в итоге к слишком завышенному показателю, поэтому здесь более уместно воспользоваться наиболее реальной величиной 4х10¹⁰ А/м. Для линии длиной в 200 м, подставив эту среднюю величину, получаем UЭМ равное 2500 В, что будет явным перенапряжением для внутрисетевой системы здания.

Итак, получаем необычное заключение: отдельные невысокие постройки, имеющие небольшую площадь, находящиеся на питании от традиционных воздушных линий с оголёнными электропроводами, подвергаются риску возгорания не от воздействия молнии при прямом ударе, а от индуцированных напряжений, наведённых данными линиями.

Формула № 1 показывает максимально продуктивный способ их ограничения. Для этого нужно уменьшить расстояние от провода до провода, взятое по стандарту 30-50 см. Именно этот метод и применяется в сетях с проводами СИП. Это даёт возможность снизить индуцированное напряжение до 20 раз. Они станут безопасны при дистанционном воздействии молнии. Исключение составит только прямое попадание. Вычислим площадь стягиваний двух проводов по формуле № 2:

Формула № 2. Площадь стягивания двух проводов

где h_ВЛ – высота, l_ВЛ – длина. При норме высоты 6 метров и взятой первоначальной длине 200 метров имеем площадь стягиваний 0,0072 км², что в десять раз меньше, чем в линии с оголёнными проводами.

Вывод однозначный: провода СИП для воздушных электролиний эффективно борются с перенапряжением в этих коммуникациях при воздействии молнии.

При организации молниезащиты зданий частного сектора необходимо учитывать важные нюансы, а именно:

подключение малоэтажного здания к подстанции посредством проводов СИП по воздуху существенно увеличит его защищённость от воздействия молнии. При этом в самом помещении кабель СИП, протяжённостью в несколько десятков метров, что иногда рекомендуется, совершенно не нужен;
провод СИП не в состоянии устоять от прямого попадания молнии. Воздействия будут идентичны, попаданию её в здание.

Каковы воздействия молнии в многоэтажках

Электро-коммуникации высотных строений приходят преимущественно под землёй. Здесь опасаться возбуждения индуцированных перенапряжений не стоит. В реальности перенапряжение может исходить из тока молнии, распространяющийся по металлическим элементам конструкции дома и по его токоотводам.

Кроме того, фазные провода для питания подстанции, проведённые по воздуху, также могут послужить источником переизбытка напряжения при ударе молнии. Вполне возможно его проникновение в трансформатор на низкой стороне по соединениям ёмкостей между обмотками. Нужно заметить, что на практике такая ситуация практически не встречается, поскольку на подстанциях применяются разные меры. Эксперты по молниезащите зданий снаружи этого аспекта не касаются.

Их задачей является дать верную оценку числу ударов прямого характера. В многоэтажных зданиях, преимущественно не имеющих большой площади занимаемого на земле пространства, весомую роль играют параметры высоты. В этом случае количество прямых попаданий предполагается не менее нескольких десятков в течение одного грозового сезона. Элементарная оценка вычисляется по формуле № 3:

Формула 3. Оценка количества прямых попаданий молнии