Неожиданные неприятности на крыше крупногабаритных зданий

Вторая часть статьи "Об антизащите от молнии".
Читайте предыдущую часть "1. Опасность резкого изменения высоты в окружающей обстановке".

Для определенности речь пойдет о зданиях с плоской кровлей, которая возвышается над уровнем земли на одинаковую высоту. Если площадь кровли большая, любой молниеприемник будет по-разному вести себя при различном месте своей установки. Предположим сначала, что молниеприемник размещен в центре кровли таким образом, что расстояние до ее краев заметно превышает его собственную высоту. Тогда электрическое поле над молниеприемником будет определяться в первую очередь его превышением над кровлей, а высота самой кровли не будет иметь особо определяющего значения. В первом приближении ее можно и не принимать во внимание.

Если же переместить молниеприемник к самому краю кровли, его высота как бы сложится с высотой кровли, а электрическое поле у вершины многократно возрастет, усиливая эффект ориентировки молнии. В идеале можно говорить о двух предельных ситуациях, когда высота кровли практически не проявляется в процессе ориентировки нисходящей молнии и когда она складывается с высотой молниеприемника. В качественном отношении результат процесса ориентировки легко предсказуем. Вероятность удара молнии во второй ситуации значительно возрастет. Техника компьютерного моделирования позволяет выполнить точные количественные решения этих задач. Их результаты в полной мере подтверждают сказанное выше.

А теперь голая практика. Любой дорогостоящий объект целесообразно разместить в центре кровли, возможно дальше от ее краев. Пусть это будет, например, крупногабаритный экран телевизора. Только кому он нужен при таком размещении! С земной поверхности там его никто не увидит! Рекламщики потребуют вынести телеэкран на самый край кровли и требование их вполне обоснованное. Но результат такого расположения более, чем фатален. Без мер специальной защиты частота поражения экрана молниями резко возрастет. В предельной ситуации кратность роста радиуса стягивания молний будет пропорционален отношению (H+h)/h, где H и h соответственно высоты сооружения и экрана. При h << H увеличение радиуса стягивания составит приблизительно H/h, от чего частота ударов молнии в экран на краю кровли возрастет приблизительно как (H/h)². Типичный пример антизащиты от молнии.

Конечно, нужно иметь в виду, что выполненная оценка произведена с упрощениями, усиливающими эффект края кровли. И полученный здесь результат наверняка завышен. Однако, он не вызывает сомнений в качественном отношении и подтвержден результатами строгого компьютерного моделирования. Для любого объекта, в том числе и для человека, на краю кровли опасность поражения молниями многократно возрастает и вряд ли подобное может быть допущено без специально установленных там средств молниезащиты.

В заключение этой главки считаю полезным вспомнить о собственных впечатлениях от визита на кровлю высотных сооружений. Об Останкинской телебашни речи не будет. В годы, кода у меня была возможность активного передвижения, на башне успешно работала система оперативного предупреждения о грозовой опасности. Реагируя на изменение электрического поля непосредственно в районе башни, она успешно предсказывала возможность локальных гроз, недоступных метеослужбе. Сигнал этой системы служил запретом на любые выходы персонала на открытую поверхность башни. Непосредственный контакт человека с молнией тем самым исключался полностью.

Мой визит состоялся на высотное сооружение в Нью-Йорке со смотровой площадкой на кровле. Дело там было организовано строго по пьесе Грибоедова, в Америке вряд ли читанной: «Нельзя ли для прогулок подальше выбрать закоулок». Прогулок просто не было и быть не могло. Люди размещались внутри укрытия в виде стеклянного купола с металлической защитной арматурой, образующей достаточно частую сетку с внешней стороны стекла.

Размещение людей и оборудования у края кровли здания ведет к многократному увеличению частоты их поражения молниями, которая в предельном варианте может возрасти по отношению к аналогичному параметру для средней части кровли как квадрат отношения высот сооружения и рассматриваемого защищаемого элемента. Операция такого рода не может рассматриваться иначе как недопустимый элемент антизащиты, а при необходимости ее применения требует локальной установки специальных средств защиты.

Читайте далее "3. Транспортировка тока молнии по токоотводу"

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
признанный отечественный Эксперт в области заземления и молниезащиты