Транспортировка тока молнии по токоотводу

Третья часть статьи "Об антизащите от молнии".
Читайте предыдущую часть "2. Неожиданные неприятности на крыше крупногабаритных зданий".

Процесс, как правило, не представляет опасности в многоэтажных сооружениях большой площади, где ток молнии делится по большому числу токоотводов на пути к заземляющему устройству. В любом конкретном токоотводе ток мал, а потому напряжение на токоотводе относительно земли не представляет опасности для человека и животных. Такие токоотводы редко оснащаются какой-либо защитой и произвольно размещаются на стенах сооружения или внутри стен. Очень часто их функцию исполняет металлическая арматура стен, расположенная внутри бетона. Многолетний опыт эксплуатации убедил в надежности подобного решения.

Ситуация меняется коренным образом, когда дело касается индивидуальных строений с резко ограниченным числом токоотводов. Как правило их два, а в аварийной ситуации может остаться один. Ток молнии транспортируется по такому токоотводу, нередко размещенному во вполне доступном месте для прикосновения к нему. Изоляция токоотвода представляется наиболее подходящим защитным мероприятием и вполне может быть реализована.

Размещение токоотвода внутри пластиковой трубы толщиной, скажем, в 1 см. представляется вполне надежной изоляцией, пробивная прочность которой безусловно превысит любое кратковременное индуцированное перенапряжение на токоотводе относительно земли. Решение представляется вполне надежным, по крайней мере на первый взгляд. К большому сожалению, лишь на первый. Дальше же в дело вмешиваются ничем не запланированные проблемы. Они вызваны возможностью формирования искрового разряда вдоль тонкого диэлектрика, наложенного на заземленную металлическую поверхность. Тонкий слой диэлектрика многократно увеличивает емкость формирующегося канала разряда, а следовательно, и энерговклад в канал, повышающий его температуру.

Транспортировка тока молнии по токоотводу
Рис. 1

В итоге он может стать горячим, подобным каналу лидера высокой проводимости, и продвигаться при существенно пониженном напряжении, например, при 100 кВ/м, что в 5 раз меньше, чем в невозмущенном воздухе. Именно этот канал сверху, скользя вдоль диэлектрика, легко достигнет руки человека, когда при ударе молнии тот коснется изолированной поверхности.

Заметим, что готовое решение уже существует. Им является специальный кабель с полупроводящим покрытием внешней стороны изоляционной оболочки. Сопротивление этого покрытия подбирается так, чтобы исключить рост электрического поля до порога ионизации.

Изоляция наружной поверхности токоотвода, транспортирующего значительную долю тока молнии, укрытием его наружной поверхности слоем изоляции высокой электрической прочности реально опасна и должна рассматриваться как элемент антизащиты. Причиной опасности является формирование скользящего разряда по внешней поверхности изоляции, который требует для своего развития многократно пониженного напряжения. Его контакт с рукой человека, коснувшейся изоляции при нагрузке токоотвода током молнии, смертельно опасен. В рассмотренных условиях применение изоляционного покрытия возможно только в случае использования специального кабеля с полупроводящим поверхностным слоем, исключающим скользящий разряд.

Читайте далее "4. Глубинный заземлитель"

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