Чем опасно электрическое воздействие молнии для людей или животных
Опасные факторы воздействия молнии
Линейная молния
В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температур разряда, воздействие молнии на человека, как правило, завершается очень тяжелыми последствиями — обычно смертью. От удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3 000 человек, причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек.
Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления. Так как между высоким объектом и грозовым облаком расстояние, а следовательно, и электрическое сопротивление, меньше, то молния, как правило, ударяет в высокие объекты, но не обязательно. Например, если расположить рядом две мачты — металлическую и более высокую деревянную, то молния скорее всего ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводимость металла выше. Молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, т.к. первые обладают большей электропроводностью. Например, в лесу молния действует тоже избирательно, попадая прежде всего в такие лиственные деревья как дуб, тополь, верба, ясень, т.к. в них содержится много крахмала. Хвойные деревья — ель, пихта, лиственница и такие лиственные деревья как липа, грецкий орех, бук, содержат много масел, поэтому оказывают большее электрическое сопротивление, и в них молния ударяет реже. Из 100 деревьев молнией поражаются 27% тополей, 20% груш., 12% лип, 8% елей и только 0,5% кедровых.
Дерево при ударе молнии расщепляется. Механизм этого следующий: древесный сок и влага на участке прохождения разряда мгновенно испаряются и расширяются, при этом создаются огромные давления, которые и разрывают древесину. Аналогичный эффект, сопровождающийся разлетом щепок, может иметь место при ударе молнии в стену деревянного строения. поэтому нахождение под высоким деревом во время грозы опасно.
Человек может быть поражен молнией не только при прямом попадании, которое всегда смертельно. Опасно шаговое напряжение, возникающее при растекании в земле тока разряда молнии. Радиус поражающего действия шагового напряжения может достигать 30 метров. Опасны также перескоки разрядов молнии и индуцированные заряды. Перескоки разрядов происходят от объектов, в которые попала молния, на объекты, расположенные рядом. например, может произойти перескок разряда с высокого дерева на человека, стену дома и т.д., если последние расположены рядом с деревом. Таким образом, нахождение человека во время грозы вблизи объектов, чаще остальных поражаемых молнией (высоких деревьев, мачт, высоких металлических предметов больших размеров, глинистых и влажных участков земли), представляет серьезную опасность.
Во время грозы находиться в городе менее опасно, чем на открытой местности, так как стальные конструкции и высокие здания хорошо выполняют функцию молниеотводов.
Молния нередко поражает людей, работающих в поле, или туристов. Например, установлено, что мужчин молния убивает в 5 раз больше, чем женщин, лишь потому, что они чаще работают вне дома. Опасно находиться во время грозы на воде или вблизи нее, т.к. вода и участки земли у воды имеют большую электропроводность. В то же время нахождение во время грозы внутри железобетонных зданий, металлических строений (например, металлических гаражей) безопасно для человека.
Полностью или частично закрытая электропроводная поверхность образует так называемую камеру фарадея, внутри которой не может образоваться сколько-нибудь значительный и опасный для человека потенциал. Поэтому пассажиры внутри автомобиля с цельнометаллическим кузовом, трамвая, троллейбуса, вагона поезда находятся во время грозы в безопасности, пока не выйдут наружу или не начнут открывать окна.
В известную всему миру эйфелеву башню в париже при грозе молнии ударяют почти всегда, но для находящихся на смотровой площадке людей это не представляет опасности, т.к. ажурная металлическая решетка башни образует камеру фарадея, являющуюся великолепной защитой от поражения электрической молнией.
Кроме поражения людей и животных линейная молния довольно часто является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности. В связи с этим необходимо принимать специальные меры защиты от поражения линейной молнией.
Ш аровая молния
Если природа линейной молнии ясна, а, следовательно, и ее поведение предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор не понятна. Опасность поражения человека шаровой молнией, прежде всего, связана именно с отсутствием надежных методов и правил защиты человека от нее.
В 1753 году русский физик Г. Рихман, коллега М.В. Ломоносова, был убит шаровой молнией во время грозы при исследовании искровых разрядов в атмосфере. Известны многие другие случаи гибели людей при встрече с шаровой молнией.
Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она неожиданно появляется где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Замечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Она достаточно часто проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. очевидцы утверждают, что шаровая молния проникала в помещение и даже в замочную скважину.
Размеры шаровой молнии бывают от нескольких сантиметров до нескольких метров. Обычно шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивает. Она реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. однако отмечен случай, когда шаровая молния не реагировала на поток воздуха.
Шаровая молния может появиться, не нанеся вреда человеку или помещению, залететь в окно и исчезнуть из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо человека. Всякий контакт с ней приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Шаровая молния может взорваться. Возникающая при этом воздушная волна способна травмировать человека или привести к разрушениям в здании.
Известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что приводило к разрушению последних. собранные свидетельства поведения шаровой молнии говорят о том, что в большинстве случаев взрывы не были опасны, тяжелые последствия возникали в 10 случаях из 100. Считается, что шаровая молния имеет температуру около 5000° С и может вызвать пожар.
Чем опасна молния и как обезопасить себя от ее воздействия
Закройте все окна и двери.
Выключите из розеток все электроприборы. Не прикасайтесь к ним, а также к телефонам во время грозы.
Не подходите к ваннам, кранам и раковинам, поскольку металлические трубы могут проводить электричество.
Если к вам в дом залетела шаровая молния (хотя по статистике таких «счастливчиков» крайне мало), не делайте резких движений и ни в коем случае не убегайте, так как можно вызвать воздушный поток, по которому сгусток энергии полетит целенаправленно за вами. Держитесь подальше от электроприборов и проводки, не касайтесь металлических предметов и постарайтесь оставить малоизученное атмосферно-электрическое явление в одиночестве. Не более чем через минуту молния исчезнет сама собой.
Постарайтесь зайти в дом или в автомобиль.
Если укрытия нет, выйдите на открытое пространство и, согнувшись, прижмитесь к земле. Очень опасно во время грозы стоять в полный рост! Но просто ложиться тоже нельзя! Мокрая земля является отличным проводником, и поэтому молния может ударить в почву.
Постарайтесь укрыться в самом низком месте, будь то канава, овраг или небольшая ложбинка.
В лесу лучше укрыться под низкими кустами. НИКОГДА не стойте под отдельно стоящим деревом. Молния в первую очередь направляет свое действие на высокие предметы, в том числе на деревья. Особенно хорошо молнию притягивают дуб, сосна, тополь, ель.
Избегайте башен, оград, высоких деревьев, телефонных и электрических проводов, автобусных остановок.
Держитесь подальше от велосипедов, мангалов, других металлических предметов.
Не подходите к озеру, реке или другим водоемам.
Снимите с себя все металлическое. Ни в коем случае не пользуйтесь в грозу зонтиком!
Не пользуйтесь мобильным телефоном.
Не стойте в толпе.
Если гроза застала вас в лодке и к берегу приплыть вы уже не успеваете, пригнитесь ко дну лодки, соедините ноги и накройте голову и уши.
Виды воздействия молнии, меры безопасности и защита зданий и сооружений от прямых ударов: молниеотвод, заземление и другие способы внутренней и внешней молниезащиты
С давних времён такое природное явление, как разряд молнии, интересовало человеческие умы. Наука давно развеяла языческие представления о молнии как о божественной искре и объяснила природу этого явления, но не природу его возникновения. Между тем до сих пор молния является серьёзной угрозой для жизни людей и животных. Каждый год в мире от удара молнии погибают около 25 тысяч человек и более 200 тысяч получают травмы. Именно поэтому изучение самой природы возникновения молнии, ее свойств и воздействия, а также средств и способов защиты от нее так важно. Расскажем, что уже известно о том, какие воздействия вызывает молния и какие способы защиты зданий и сооружения существуют и успешно используются на практике.
Виды воздействия прямого удара молнии и ее вторичные проявления
Молния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, который обычно происходит во время грозы, проявляется яркой вспышкой света и сопровождается громом. Воздействие молнии принято подразделять на две основные группы:
первичные — возникают вследствие прямого удара молнии;
вторичные — вызываются её разрядами или заносятся в объект протяжёнными металлическими коммуникациями.
электрические, связанные с поражением людей или животных током и появлением перенапряжений на поврежденных элементах;
термические, связанные с резким выделением тепла при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект тока молнии (создают опасность воспламенения и взрыва 
Нажмите для перехода на ПожВики );
механические, обусловленные ударной волной, распространяющейся от канала молнии, и электродинамическими силами, действующими на проводники с токами молнии (может вызвать сплющивание тонких металлических трубок, расщепление древесины, трещины в бетоне).
Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнитного поля близких разрядов. Это поле рассматривают в виде двух составляющих:
первая обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии;
вторая связана с изменением тока молнии во времени.
Меры безопасности и способы защиты объектов от молнии
В настоящее время защита от прямых ударов молнии и их воздействий широко и успешно осуществляется при помощи различных способов молниезащиты.
Существует два основных типа молниезащиты: внутренняя и внешняя.
Внутренняя защита от молнии представляет собой совокупность устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Назначение УЗИП — защитить электрическое и электронное оборудование от перенапряжений в сети, вызванных резистивными и индуктивными связями, возникающими под воздействием тока молнии. Общепринято выделяют перенапряжения, вызванные прямыми и непрямыми ударами молнии. Первые происходят в случае попадания молнии в здание (сооружение) или в подведенные к зданию (сооружению) линии коммуникаций (линии электропередачи, коммуникационные линии). Вторые — вследствие ударов молнии вблизи здания (сооружения) или вблизи линий коммуникаций.
Внешняя защита от молнии нацелена на непосредственную нейтрализацию заряда молнии.
Существуют стандартные виды внешней молниезащиты:
натянутый молниеприемный трос;
Состав всех этих видов молниезащиты схож и состоит из следующих элементов:
молниеотвод (молниеприёмник, громоотвод) — устройство, перехватывающее разряд молнии, выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь);
токоотводы (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю;
заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.
Для проверки системы на эффективность работы проводят испытания заземлительного контура, что позволяет выяснить уровень переходного сопротивления молниеотводов. Проверке подлежат все установленные системы защиты от ударов молнии.
Чтобы молниезащита не подводила, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:
После окончания зимы проверять все компоненты системы на способность выполнять свои функции.
Отслеживать появление следов коррозии на металле. В случае необходимости менять детали на новые.
Один раз в два-три года прокрашивать элементы молниезащиты, прочищать контакты. При необходимости подтягивать проволоку, чтобы не допускать ее провисания.
Каждые пять лет вскрывать заземление с целью проведения профилактического осмотра и обслуживания.
Подводя итог, можно сказать, что комплексные меры по молниезащите, выполненные согласно действующим нормативам, обеспечивают безопасность при эксплуатации зданий и сооружений, многочисленных объектов и систем, строений и инженерных коммуникаций. Но главное — установка системы молниезащиты позволяет предотвратить поражение людей электрическим током, а также возникновение пожаров.
Данный материал отражает точку зрения автора. Мнение редакции портала «PRO ПБ» может не совпадать с позицией автора блога.
Пять самых опасных воздействий молнии
Для определения степени опасности воздействия молнии на человека, строения и оборудование мы в этой статье взяли два критерия. Первый — насколько реально людям спастись от последствий. Скажем, если молния ударила в человека в чистом поле, то он часто теряет способность оказать себе помощь. Если же молния ударила в здание, где находятся учреждение, и там начался пожар, то, при правильно организованных пожарных выходах у людей велики шансы спастись и даже не пострадать. Второй критерий — возможное количество жертв при попадании молнии.
Данный вид объектов чрезвычайно опасен тем, что к взрыву или сильному пожару может привести не только прямое попадание молнии, но и индуцированное электростатическое напряжение, вызывающее искру. Для пожара или взрыва молнии не обязательно ударять непосредственно в здание. Достаточно лишь создаться «предгрозовой атмосфере» в районе, где находится объект.
Взрывная волна распространяется так быстро, что эвакуировать людей не представляется возможным. Например, 1 кг тротила взрывается за 0,00001 с. В эпицентре взрыва температура достигает +3000 C. А дополнительным опасным фактором является выделение вредных веществ при горении.
Следует иметь в виду, что взрывоопасными при определённых условиях могут быть вещества, вполне безобидные в быту. Например, мука. Пакет муки не взорвётся. Но в условиях мелькомбината в воздухе летает взвесь муки, которая уже способна взорваться от искры. То же можно сказать, например, и о заводах производящих удобрения, элеваторах, пивных комбинатах. Вот почему к молниезащите заводов и складов следует отнестись со всей серьёзностью, обращая внимание на то, что там хранится и используется в производственном цикле.
При ударе молнии ток действует кратковременно. К тому же, он проходит в основном по поверхности тела. В результате сердце не всегда останавливается, а судороги не приводят к фатальным последствиям. Особенно, если человеку сразу после удара молнии была своевременно оказана первая помощь.
Природа возникновения шагового напряжения
При грозе не рекомендуется не только находиться на открытом пространстве, но и стоять вблизи деревьев, водоёмов и других мест, куда с большой вероятностью могут попасть молнии. Опасность заключается в так называемом шаговом напряжении, относящимся к вторичным воздействиям молнии. При ударе молнии электричество «растекается» по земле. Если неподалеку находится человек, то между его двумя ногами возникает разность потенциалов. Току молнии легче протекать через ноги человека, чем по поверхности земли.
Шаговое напряжение опасно на расстоянии порядка нескольких десятков метров от места удара молнии. При этом значение шагового напряжения может достигать единиц киловольт. Наиболее страшная ситуация — когда человек, либо спасаясь от удара молнии на открытом пространстве, либо из-за ухудшения самочувствия, вызванного стрессом, лег на землю. Тогда расстояние между крайними точками его тела будет максимальным, и, соответственно, разность потенциалов будет в несколько раз больше по сравнению с ситуацией, когда он стоял в том же месте. Наконец опасное шаговое напряжение может возникнуть рядом с неправильно обустроенным молниеотводом.
При попадании молнии в дерево спрятавшийся под ним человек попадает под действие шагового напряжения
Какой-либо статистики по поражению людей шаговым напряжением при ударе молнии в открытом доступе нет. Но, можно предположить, что таких случаев не меньше, чем при прямом ударе молнии. Здесь сказывается психологический фактор. Выйти на открытое пространство в грозу мало кто решится, этому просто будут противиться заложенные в нас инстинкты. Другое дело — спрятаться от грозы, а, заодно и дождя, например, под деревом. Или под импровизированным навесом из металлических труб, возведенным зачастую без учёта необходимости защиты от действия молнии.
3. Попадание молнии в жилое, торговое, офисное или производственное (кроме зданий, указанных в п. 1) здание с последующим пожаром
В том случае, если в офисном, торговом или производственном здании применены отделочные материалы, соответствующие нормам пожарной безопасности, есть действующие запасные выходы, а персонал прошёл инструктаж, ущерб ограничится только повреждением или утратой имущества в пожаре. Но в реальности нужно обратить внимание на два момента.
Во-первых, не всегда используются отделочные материалы должных типов и не всегда полностью обеспечены пути для эвакуации, которыми можно воспользоваться сразу же. Иногда проблемы возникают из-за несоответствия норм у разных ведомств. Хрестоматийный пример — магазины ювелирных изделий. По нормам одного ведомства, должны быть надёжные решетки на окнах. По нормативам другого — решетки в случае опасности должны сразу сниматься. Современные технологии, конечно, позволяют сочетать эти требования, но итоговое решение оказывается не по карману большинству владельцев магазинов.
Во-вторых, покинув горящее здание, люди оказываются на улице, где в них может попасть молния. Поэтому нужно предусмотреть молниезащиту прилегающей территории.
Особенно много проблем возникает в жилых домах, так как нет эффективных рычагов воздействия, которые бы позволили принудить их жильцов соблюдать правила пожарной безопасности.
4. Нарушение работы объектов инфраструктуры
Удары молнии могут приводить к нарушениям в работе систем связи и энергоснабжения. Этот негативный эффект известен уже более 100 лет. А вот что привнесла современная цифровизация.
Сейчас управляющие компьютеры используются повсеместно. Если не принять специальные меры, то на них воздействуют не только прямые разряды молнии, но и индуцированное статическое электричество. Например, уже известны случаи, когда из-за действия молнии за сотни метров от места происшествия останавливались лифты или прекращалось водоснабжение, хотя электропитание исправно подавалось.
Особенно опасно воздействие молнии на современные транспортные средства, которые имеют цифровое управление, зачастую даже не продублированное механическими средствами. Например, известны случаи остановки высокоскоростных поездов в результате удара молнии только потому, что завис управляющий компьютер. Естественно, прогресс не остановить, но при разработке систем управления приходится иметь в виду необходимость молниезащиты, даже когда речь идёт не о самолёте, а о поезде. Но пока ещё в кабине транспортного средства есть люди, управляющие им и способные взять на себя управление в случае отказа автоматики. А что будет, когда наступит эра беспилотных транспортных средств? Это означает, что уже в ближайшем будущем придется серьёзно продвинуть вперёд науку о молниезащите.
5. Психологическое воздействие на людей и животных
Удар молнии вблизи человека, даже если это явление природы не привело к физическому воздействию на его тело — большой стресс. В будущем он может привести к развитию фобий. Собственно, такая проблема была всегда. Но в наши дни она усугубляется большими информационными потоками, способными закрепить фобии в сознании человека. Современный кинематограф для повышении прибыльности активно эксплуатирует страхи зрителей, а компьютерные технологии позволяют очень красочно показать действие молнии на экране. Интернет, особенно социальные сети, является практически идеальной средой для распространения всевозможных «страшилок».
Молний боятся также домашние животные, особенно собаки. Большой проблемой является убегание в грозу собак от хозяев. В том случае, если собака была специально натренирована защищать хозяина, попадание её в незнакомую среду в сочетании со стрессом может привести к её агрессии против окружающих.
Выводы
Для защиты от перечисленных воздействий молнии и грозы, как правило, приходится иметь дело с ведомственными инструкциями, либо с большим количеством разрозненных норм. Скажем, молниезащита для хранилищ взрывоопасных веществ регулируется ведомственными инструкциями и стандартами организации. Обязательных норм по молниезащите частных домов на селе в нашей стране просто нет. А что касается молниезащиты мест скопления людей на открытом воздухе, например, в парках, то здесь приходится каждый раз искать новые подходы.
Виды опасных воздействий молнии
РАСЧЕТ МОЛНИЕЗАЩИТНЫХ ЗОН ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Введение
Молния представляет собой электрический разряд длиной несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением.
Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов между облаками, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последним поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.
При расчетах молниезащиты сила тока при грозовом разряде принимается 100 кА, исходя из того, что этому условию соответствует 99 % поражений нисходящими молниями. Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений и с остроконечных элементов рельефа, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается.
Виды опасных воздействий молнии
Воздействия молнии принято подразделять на две основные группы:
— первичные, вызванные прямым ударом молнии;
— вторичные, индуцированные её разрядами или занесённые в объект протяжёнными металлическими коммуникациями.
— электрические, связанные с поражением людей или животных электрическим током и появлением перенапряжения в несколько мегавольт на пораженных элементах, в том числе опасные напряжения шага и прикосновения, «перекрытия» на другие объекты;
— термические, связанные с резким выделением теплоты при прямом контакте канала молнии с содержимым объекта и при протекании через объект молнии. В 95 % случаев разрядов молнии эта энергия на два-три порядка превышает энергию воспламенения большинства газо-, паро- и пылевоздушных смесей, используемых в промышленности. Прямой контакт с каналом молнии может привести проплавлению корпусов взрывоопасных установок и вызвать пожары и взрывы;
Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения (до сотен киловольт), возникающего на металлических конструкциях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления заземлителя.
Электромагнитная индукция связана с наведением в металлических контурах ЭДС величиной в несколько десятков киловольт. В местах сближения протяженных металлических конструкций, в разрывах незамкнутых контуров создается опасность перекрытий и искрений.
Еще одним видом опасного воздействия молнии является занос потенциала по вводимым в объект коммуникациям (кабелям, наземным и подземным конструкциям, трубопроводам, проводам воздушных линий электропередачи).