Что будет если молния ударит в провода на столбе?
Если вам очень "повезет", и молния поразит провод той фазы, которой питается ваш дом, в первую очередь выйдут из строя все электронные приборы, которые были в это время подключены шнуром к розетке. Причем необязательно, чтобы они в это время работали. Они даже могут быть отключены внутренним выключателем — кнопкой, например, на том же телевизоре или музыкальном центре. Если для молнии несколько километров — пустяк, то что для нее какие-то пара миллиметров в кнопке выключателя?
Пишу это, руководствуясь не со слов других или информацией из Интернета, а из собственного опыта, так как по своей работе приходится ремонтировать такую пораженную молнией бытовую технику.
В грозовых облаках накапливается статический заряд с большой силой и большим напряжением.
Как только достигается достаточная мощность скопившегося заряда, чтоб пробить природную изоляцию в виде слоя воздуха, и появляется молния.
Происходит разряд этой накопившейся энергии в нейтральном поле, которое способно пропустить этот ток сверхвысокой мощности.
Как известно, поглотить эту мощную энергию может только земля.
Очень часто проводниками электрического разряда могут служить капли дождя, потому что это пути наименьшего сопротивления.
А уже на земле нацеливается на высокие предметы, типа высокие деревья, молниеотводы, или трубы.
А выключенная, или включённая бытовая техника, не влияет на грозу, она не притягивает грозовые разряды, но может сама пострадать, поэтому применяется защита бытовой техники.
Гроза, молния и средства защиты электросети своими силами
По итогам майских гроз пришлось провести ревизию сгоревшего оборудования и хотя ущерб был не так велик материально, но выход из строя некоторого оборудования нарушил устоявшийся комфорт проживания в собственном доме. Так я решил обратиться к специалистам в своей области, проконсультироваться и расширить систему защиты.
Исходные данные: дом, 3 фазы (15 кВт на дом), заземление штырем в 3 м длиной, автономная электросистема на базе солнечных батарей
На фото результат короткого замыкания со стороны линии 10 КВ. Защита не отработала на районной подстанции. Так выглядит вводной щит со стороны 0.4КВ. Автомат IEK на 100А не смог разорвать дугу между губками. Далее по линии стоял МАП HYBRID 9кВт 48В. Отделались легким испугом: в инверторе поменяли варистор, после чего МАП ожил, правда, перестал нормально работать порт RS232. То есть серьезная авария на подстанции, которая сожгла автоматический предохранитель на 100 Ампер, отразилась на инверторе только сгоревшим варистором и ошибками на контроллере, а весь прочий функционал устройства сохранился, как и вся техника, подключенная после него – достойная похвалы работа.
А ниже на фото узел учета со стороны 10 КВ
Эта авария случилась не в моем доме, но мне эти фотографии передали специалисты компании МикроАРТ. В свое время я решил переключиться на оборудование российского производителя для своей гибридной солнечно-сетевой электросистемы и описывал эти устройства тут и тут.
У меня же был следующий случай: во время грозы молния ударила в мою подстанцию или рядом, в результате чего отработала защита на вводе в дом. Результатом той грозы явилось сгоревшее зарядное устройство аккумуляторов, подключенное к сети в момент грозы, сгоревшее реле автоматики вентиляции (реле питалось от линии, которую поддерживало то самое ЗУ), а инвертор МАП Hybrid 4.5 кВт начал мигать экраном и перестал генерировать. После грозы перезапуск всех систем вернул дом к электроснабжению, инвертор запустился без проблем, а я задумался о серьезной защите домашней электросети.
Немного теории
Во время грозы в обычной квартире или офисном здании должны отработать защиты, установленные стационарной электросетью. В коттеджном поселке, деревне или на дачах защита, как правило, ограничивается вкопанным заземлением на подстанции и предохранителем, отключающим всю сеть от работы. Причем, по правилам подключения, заземление должно быть смонтировано также на каждом втором столбе и отдельно на конечном, где производится подключение абонентского дома. Пройдя по свой деревне и осмотрев более полусотни столбов, я не нашел ни одного заземления, то есть остается полагаться только на себя.
Вторым «убийственным» фактором является наведенное электричество. Во время молнии происходит довольно мощный всплеск ЭМИ, а проводка дома, по сути, является большой антенной. Чем ближе молния, тем больше вероятность скачка напряжения во внутренней сети. С таким явлением постоянно сталкивались и продолжают сталкиваться монтажники домовых локальных сетей, когда свитчи без заземления, во время грозы, сгорают целыми цепочками.
Итак, нам нужно защититься от внешнего импульса, который может прийти с подстанции и от внутреннего скачка, который может случиться при молнии рядом с домом.
Молниеотвод
Если Ваш дом находится на возвышении, далеко от любых строений и является высшей точкой на местности, то лучше озаботиться молниеотводом. Устройство это надежное, но необходимо четко высчитать площадь покрытия. На эту тему есть масса материалов в сети. Скажу только, что действие молниеотвода распространяется конусом от высшей точки к земле. Для «прикрытия» всего дома надо ставить либо два молниеотвода с металлическим тросом между ними, либо один, но довольно высоко. Если заземление молниеотвода выполнено отдельно от общего заземления, то необходимо применить систему уравнивания потенциалов.
Выдержки из ИНСТРУКЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ РД 34.21.122-87:
«В качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые ПУЭ заземлители
электроустановок, за исключением нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ. „
“2.5. Для исключения заноса высокого потенциала в защищаемое здание или сооружение но подземным
металлическим коммуникациям (в том числе по электрическим кабелям любого назначения) заземлители защиты от
прямых ударов молнии должны быть по возможности удалены от этих коммуникаций на максимальные расстояния,
допустимые по технологическим требованиям. „
Ввод сети в дом
- ЛАТР
- Релейный
- Симисторный
Первый обладает высокой точностью установки напряжения, поскольку моторчик скользит водилом по обмоткам и задает нужное напряжение. Плюсы: низкая цена, высокая точность выдаваемого напряжения. Минусы: низкая скорость реакции на скачки напряжения, физический износ механики
Второй обладает повышенной скоростью переключения обмоток трансформатора, но так как мощности могут достигать десятка и более кВт, то контакторы реле изнашиваются и рано или поздно могут залипнуть, что приведет к печальным последствиям. Плюсы: доступная цена, достаточная скорость переключения. Минусы: недостаточная надежность ввиду использования механических реле.
Третий тип наиболее интересный, но и наиболее дорогой. Использование мощных ключей позволяет мгновенно реагировать на изменение входного напряжения и переключать обмотки трансформатора. Физического износа, как и залипания контактов попросту нет. Кроме того, переключение происходит при переходе синуса через ноль, поэтому и скачки также исключены. Плюсы: высокая скорость срабатывания, отсутствие физического износа. Минусы: высокая цена.
Для себя я выбрал более дорогой, но и более надежный вариант, стабилизатор с симисторным управлением СН-LCD “Энергия» на 6 кВт. Так как у меня уже стоит инвертор на 4.5 кВт, который в пике может выдавать до 7 кВт, то решено было выбрать стабилизатор с номинальной мощностью 6 кВт и возможностью выдавать в пике до 7.4 кВт.
Об особенностях работы этих стабилизаторов и какие вообще бывают стабилизаторы можно подробно прочитать здесь.
Ну а мне было интересно его разобрать и посмотреть, что там внутри.
Как видно из фото, стабилизатор использует тороидальный трансформатор, который при тех же размерах, что Ш-образный, имеет больший КПД и меньший вес. Сам трансформатор изготовлен в Туле, а стабилизатор разработан и собран в Москве. Таким образом можно смело заявлять о полностью российском производстве, которое сумели организовать и сохранить в компании МикроАРТ.
Итак, я подстраховался от проседания и роста напряжения в диапазоне 125-275 Вольт, но что делать, если будет резкий скачок напряжения, сильно выходящий за эти пределы? Инвертор как-то показал мне по фазе 287 В, после чего ушел в защиту. Но подай на него 380 В и он попросту сгорит, как и стабилизатор. Хотелось защитить дорогое оборудования. Требовался какой-то расцепитель, который при пороговых значениях напряжения отключал бы внешнюю сеть. Лучше уж остаться без сети, чем потом чинить или менять сгоревшее оборудование. Выход был найден — реле контроля сетевого напряжения УЗМ-51M1.
Этот девайс создан для обеспечения работы одной фазы, при этом можно вручную задавать верхний и нижний пороги напряжения, при которых реле будет срабатывать. Время отключения составляет около 20 мс, что является очень неплохим показателем. При этом, небольшие просадки или некоторое превышение напряжения не вызовут моментального отключения, а запустится таймер отключения. При возврате параметров к норме реле самостоятельно подключит нагрузку к сети. Итак, домашние устройства защищены от перепадов и скачков внешней электросети при помощи реле контроля напряжения и стабилизатора. В случае исчезновения сети начинает работать инвертор. А что делать, если внешняя сеть уже отключена, молния бьет рядом и проводка дома работает, как антенна?
Защита внутренней сети
Будем исходить из того, что все розетки имеют правильную разводку, заземление выполнено должным образом и лишний заряд стекает в землю. Но скачок напряжения во внутренней сети легко губит всю технику, поскольку все защиты стоят для обороны от внешних скачков. А вот от внутренних наводок ничего нет. С этой мыслью я обратился к инженерам МикроАРТ, когда забирал стабилизатор и мне порекомендовали «Устройство защиты от молний и наводок» — УЗИП.
Это своеобразный разрядник, который при появлении критического напряжения между фазой и землей пропускает через себя импульс, отправляя его на заземление. То есть во время грозы, когда молния ударит рядом и напряжение в домашней сети поднимется до нескольких киловольт по фазному проводу относительно земли и превысит определенное значение, этот УЗИП просто пустит весь заряд в землю. Поэтому он ставится перед инвертором, одним концом подключаясь к фазе, а другим к заземлению. Стоит учесть, что разряд может быть существенным, поэтому на сечении заземляющего провода экономить не стоит, иначе сопротивление провода может оказаться критичным и не успеть передать импульс в землю.
Так выполнено подключение к внешней сети и генератору: 
Я уже упоминал, что у меня есть автономная система на солнечных батареях. По проводам, идущим от солнечных батарей, также может прийти серьезный импульс, выводя из строя солнечный контроллер, а за ним и инвертор. Поэтому на каждый из проводов от солнечных батарей я также повесил УЗИП.
Защита от генератора
На самый аварийный случай, когда внешней сети нет, солнца не видно, а аккумуляторы уже сели, у всех автономщиков есть резервный вариант — бензо\дизель генератор. Он позволит домашней сети функционировать, самому поработать мощным инструментом, да еще и аккумуляторы подзарядить. Подобную топологию резервирования я описывал в своем материале тут. Проблема такого подключения заключается в том, что большинство генераторов выдают крайне нестабильное и «шумное» питание. Иной раз инверторы или зарядники просто не могут работать с таким питанием. Для подавления помех есть специальный сетевой фильтр. Можно обойтись стандартным «пилотом», но он рассчитан, как правило, на мощность до 2-3 кВт, а от генератора зачастую потребляется больше. Итак, я нашел еще и ЭМИ (электромагнитный импульс) фильтр: Сетевой фильтр подавления ЭМП.
Он выдерживает потребляемую мощность до 11 кВт, чего вполне достаточно для питания целого дома, если имеется мощный генератор. Он имеет сквозное подключение и отдельный контакт для заземления.
Итоги проведенных работ
Результатом одной грозы и малых потерь явилось переосмысление способов защиты, как от внешних энергетических коллизий, так и от внутренних. Кроме того, увеличилась защищенность всех электроприборов в доме, как от перепадов напряжения, так и от резких скачков и импульсов. Дополнительно повысилась автономность за счет подключения генератора через фильтр, что гарантирует стабильный заряд батарей и нормальную работу инвертора.
В итоге, электросистема поменялась. До: 
Так стало ПОСЛЕ установки защиты: 
Схема подключения генератора довольно проста. Любой из проводов объединяется с имеющейся землей и нулем, заведенным в дом. Второй провод после этого становится фазой. Важно выбрать такой переключатель, который будет исключать одновременное замыкание фазы генератора и фазы с подстанции.
Грозовые воздействия на электрические сети
Грозовые воздействия на электрические сети напряжением 0,4 — 10 кВ
Особенность ВЛ 6-35 кВ заключается в том, что они работают в режиме с изолированной нейтралью. При перекрытии изоляции одной фазы ток КЗ не возникает и линия защитой не отключается. Только при перекрытии изоляции двух или трех фаз, а также между проводами фаз произойдет КЗ и линия отключится защитой, таким образом, факты перекрытия одиночных гирлянд (изоляторов) технически не фиксируются. По этой причине происходит неконтролируемое накопление слабых мест на ВЛ с последующей аварийностью.
Для распределительных сетей 0,4 — 10 кВ определенную опасность представляют также удары молнии вблизи ВЛ. При этом в линиях индуктируются напряжения, достаточные по величине для перекрытия линейной изоляции и изоляционных промежутков по воздуху.
На ВЛ 0,4 — 10 кВ заземление опор обеспечивается только искусственными заземлителями, хотя фактически при прохождении тока молнии через опору или при замыкании на землю через опору, небольшая проводимость бетона подземной части «пропускает» часть тока, «стекающего» с арматуры через бетон опоры и приставки в землю. Железобетонные опоры и приставки ВЛ 0,4 — 10 кВ также увлажняются в сыром грунте.
Железобетонная опора ВЛ 10 кВ при грозовом разряде в линию из-за кратковременности удара и достаточной проводимости арматуры практически не разрушается. Нарушения бетона и арматуры наступают только при длительной «земле» или при двух- трехфазных КЗ через две-три опоры с «землей» на различных фазах. Последнее повреждение при больших токах замыкания на землю очень опасно для опоры.
Низковольтные линии, частично защищаются от грозы деревьями, постройками и другими высокими сооружениями, играющими толь естественных молниеотводов.
Имеют аналогичную защиту и ВЛ 10 кВ на лесных трассах и частично — в населенной местности.
Как и в основной сети, кратковременный ток молнии в точке прямого удара в провод ВЛ 0,4 — 10 кВ не вызывает больших повреждений провода. Значительные ожоги и термические разрушения проводов в распределительной сети происходит при протекании токов КЗ, которые сопровождают грозовые перекрытия по изоляторам или по воздуху между проводами. Эти разрушения усугубляются большими выдержками времени защиты в распределительной сети (до нескольких секунд при зависимых характеристиках МТЗ, автоматов или предохранителей).
Для ВЛ на деревянных и с железобетонными приставками опорах прямые удары молнии в опоры очень опасны. При ударе в опору большой ток молнии, мгновенно проходя по внутренних (более влажным) и неоднородным волокнам разрушает древесину опоры.
При этом опора может и возгореться, при наличии стального спуска по всей длине опоры опасность механического разрушения опоры молнией снижается, но опасность возгорания сохраняется, в том числе через перегретый током молнии из-за большого удельного сопротивления стальной спуск.
Деревянные опоры и в негрозовых условиях довольно часто возгораются от спуска, накаленного длительно неотключаемым током однофазного замыкания.
РП, ТП и кабели в распределительных сетях «защищаются» от набегающих волн перенапряжений, которые образуются на ВЛ 0,4 — 10 кВ при прямых ударах молнии или от наведенного напряжения на ВЛ вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжения (ОПН).
Защита от молнии. Молниезащита (грозозащита).
Для того чтобы лучше понимать мероприятия по защите от молнии, следует сначала разобраться, а что же такое молния?
Молния — это гигантский электрический искровой разряд электростатического заряда кучевого облака в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, и сопровождается ослепительной вспышкой света и громом (резким звуком).
В чем опасность молнии?
Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Разряд молнии является электрическим взрывом и в некоторых аспектах похож на детонацию взрывчатого вещества. Он вызывает появление ударной волны, опасной в непосредственной близости. Ударная волна от достаточно мощного грозового разряда на расстояниях до нескольких метров может наносить разрушения, ломать деревья, травмировать и контузить людей даже без непосредственного поражения электрическим током.
Молниевой разряд характеризуется большими токами, а его температура доходит до 300 тысяч градусов. Ток в разряде молнии достигает 10-300 тысяч ампер, а напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность молниевого разряда — от 1 до 1000 ГВт.
Например, дерево, при ударе молнии, расщепляется и может загореться. Расщепление дерева происходит из-за внутреннего взрыва вследствии мгновенного испарения внутренней влаги древесины.
Молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Прямое попадание молнии для человека обычно заканчивается смертельным исходом. Ежегодно в мире от молнии погибает около 3000 человек.
В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 — 2 суток после смерти). Они — результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.
Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников. В связи с этим пожары на сложном технологическом оборудовании могут возникать не мгновенно, а в период до восьми часов после попадания молнии.
Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей.
Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей в виду того, что последние приподняты над поверхностью моря и имеют много острых элементов (мачты, антенны), являющихся концентраторами напряженности электрического поля. Во времена деревянных парусников, обладающих высоким удельным сопротивлением корпуса, удар молнии практически всегда заканчивался для корабля трагически: корабль сгорал или разрушался, от поражения электрическим током гибли люди. Клёпаные стальные суда также были уязвимы для молнии. Высокое удельное сопротивление заклёпочных швов вызывало значительное локальное тепловыделение, что приводило к возникновению электрической дуги, пожарам, разрушению заклёпок и появлению водотечности корпуса.
Куда ударяет молния?
Разряд статического электричества обычно проходит по пути наименьшего электрического сопротивления. Так как между самым высоким предметом, среди аналогичных, и кучевым облаком расстояние меньшее, значит меньше и электрическое сопротивление. Следовательно молния поразит в первую очередь высокий предмет (мачту, дерево и т.п.).
Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.
Как уменьшить опасность поражения молнией?
Для снижения опасности поражения молнией объектов экономики, зданий и сооружений устраивается молниезащита в виде заземленных металлических мачт и натянутых высоко над сооружениями объекта проводами.
Перед поездкой на природу всегда уточняйте прогноз погоды, и если предсказывается гроза, то перенесите поездку на другой день. Если Вы заметили грозовой фронт, то в первую очередь определите примерное расстояние до него по времени задержки первого раската грома, первой вспышки молнии, а также оцените, приближается или удаляется фронт. Поскольку скорость света огромна (300 000 км/с), то вспышку молнии мы наблюдаем мгновенно. Следовательно задержка звука будет определяться расстоянием и его скоростью (около 340 м/с).
Пример: если после вспышки до грома прошло 5 с, то расстояние до грозового фронта равно 340 м/с х 5с = 1700 м.
Если запаздывание звука растет, то грозовой фронт удаляется, а если запаздывание звука сокращается, то грозовой фронт приближается.
Как обезопасить себя во время грозы?
Молния опасна тогда, когда вслед за вспышкой следует раскат грома. В этом случае необходимо срочно принять надлежащие меры предосторожности.
Так, если Вы находитесь в сельской местности, то закройте окна, двери, дымоходы и вентиляционные отверстия. Не растапливайте печь, поскольку высокотемпературные газы, выходящие из печной трубы, имеют низкое сопротивление. Не разговаривайте по телефону: молния иногда попадает в натянутые между столбами провода.
Во время ударов молнии не подходите близко к электропроводке, молниеотводу, водостокам с крыш, антенне, не стойте рядом с окном, по возможности выключите телевизор, радио и другие электробытовые приборы.
А если Вы находитесь в лесу, то укройтесь на низкорослом участке леса. Не укрывайтесь вблизи высоких деревьев, особенно сосен, дубов и тополей.
Не находитесь на берегу водоема и в самом водоеме. Отойдите от берега, спуститесь с возвышенного места в низину.
В степи, в поле или при отсутствии укрытия (здания) не ложитесь на землю, подставляя электрическому току все свое тело, а сядьте на корточки в ложбине, овраге или другом естественном углублении, обхватив ноги руками.
Если грозовой фронт настиг Вас во время занятий спортом, то немедленно прекратите их. Металлические предметы (мотоцикл, велосипед, железные орудия труда и т.д.) положите в сторону и отойдите от них на 20-30 метров.
Если гроза застала Вас в автомобиле, не покидайте его, при этом обязательно закройте окна и опустите антенну радиоприемника.
Насколько часто происходят удары молний на Земле?
Согласно ранним оценкам, частота ударов молний на Земле составляет 100 раз в секунду. По современным данным, полученным с помощью спутников, которые могут обнаруживать молнии в местах, где не ведётся наземное наблюдение, эта частота составляет в среднем 44 ± 5 раз в секунду, что соответствует примерно 1,4 миллиарда молний в год. 75% этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25% — в землю.
Рис.1 Глобальная частота ударов молний
(шкала показывает число ударов в год на квадратный километр).
p.s. Соблюдение элементарных правил безопасности сводит вероятность поражения молниевым разрядом практически к нулю.
— — — — —
Статью подготовил: Юрий Ампер (псевдоним — прим. ред.) специально для официального сайта компании "Электро911".
Компания "Электро911" предлагает полный комплекс услуг по выполнению заземления и молниезащиты (грозозащиты) для Вашего объекта, от дома или дачи и до промышленных предприятий. Установка молниеприёмников, монтаж токоотводов и интересные решения от профессионалов.
Вы можете бесплатно проконсультироваться по вопросам заземления и молниезащиты, просто позвонив нам по телефону: +7 (391) 252-0-911