УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА ОТ ЛИНЕЙНЫХ, ЧЕТОЧНЫХ И ШАРОВЫХ МОЛНИЙ Российский патент 2000 года по МПК H05F3/02 H02G13/00 H02H3/22 

Изобретение относится к области электротехники, но преимущественно к системам грозозащиты как стационарных, так и мобильных объектов, например самолетов, от прямого поражения всеми известными типами молний, к которым относятся линейные, четочные и шаровые [1-5].

Известны способы и устройства для реализации защиты различных объектов, находящихся на Земле, на море и в воздухе, от их прямого поражения всеми типами молний, которые в настоящее время широко используют во всем мире. Все они основаны на общеизвестном свойстве линейной молнии избирательного поражения заземленных и возвышающихся над поверхностью Земли предметов. Надежность защиты ими объектов при прямом ударе линейной молнии не хуже 0,95 [2]. Кстати, по неизвестным пока причинам эти же методы с такой же надежностью защищают объекты и от прямого поражения довольно-таки редко наблюдающимся видом - четочной молнией [4]. Однако этого нельзя сказать о защите объектов от непредсказуемого их поражения шаровыми молниями и тем более от их очень частого проникновения в них.

В качестве простого способа защиты объекта от прямого поражения или проникновения в него шаровой молнии рекомендуется устанавливать, например, над выходными отверстиями печных или каминных труб металлические заземленные сетки с площадью ячейки не более 4 см² и толщиною проволоки 2 - 2,5 мм. Кроме этого, во время грозы следует закрывать двери, окна, форточки и другие отверстия, через которые шаровая молния может беспрепятственно проникать внутрь помещения (объекта). Эти меры должны особенно тщательно осуществляться в огнеопасных помещениях [1]. Но как показала практика, данный способ защиты объекта от непредсказуемого прямого поражения или проникновения в него шаровой молнии мало эффективен. И это при том, что частота появления шаровой молнии почти одного порядка с частотой возникновения обычных линейных молний [3, с. 313], параметры их поражающих факторов одинаково опасны как для объектов, так и для людей, находящихся в них. Чтобы понять и обосновать неэффективность существующих систем грозозащиты от прямого поражения объектов и проникновения в них шаровой молнии, кратко рассмотрим ее сущность [6 - 11]. Она заключается в том, что в атмосфере Земли, например, при ударе линейной супермолнии, в окресностях ее шнура, вихревым электрическим полем происходит ускорение элементарной заряженной частицы до субпланковского уровня энергии, но не менее чем до 10²⁰ эВ. При своем последующем взаимодействии с мишенью она, с некоторой вероятностью, должна образовать сверхтяжелую квазичастицу - квазимаксимон, основу явления природы. Квазимаксимон, обладая в своих окрестностях сверхмощным гравитационным полем, формирует из компонентов окружающей его атмосферы и удерживает около себя очень компактный, размером в несколько ангстрем, сверхплотный. высокотемпературный и вращающийся сгусток вырожденного вещества, являющийся вместе с квазимаксимоном ядром шаровой молнии - источником ее энергии, который перерабатывает компоненты атмосферы в мощное электромагнитное излучение во всем известном спектре частот электромагнитных колебаний и тепло, как в звездах. Причем совокупность и суперпозиция известных физических и химических процессов и эффектов, сопровождающих диссипацию непрерывно генерируемой ядром энергии, ведет к образованию и существованию всеми наблюдаемой самосветящейся и, как правило, вращающейся оболочки шаровой молнии (плазмоида), состоящей из неравновесной газоразрядной плазмы, снаружи окруженной слоем флуоресцирующего воздуха. Наружный, видимый диаметр оболочки, как правило, превышает в триллионы раз размеры ядра шаровой молнии. Отсюда, как и из многочисленных наблюдений, однозначно следует, что шаровая молния, обладая значительным внутренним электрическим зарядом, как макротело, снаружи - электрически нейтральная система, скажем, подобная атому любого химического элемента. Поэтому шаровая молния практически никак не должна реагировать на неоднородности электрических полей, создаваемых молниеотводами на пути своего движения в окрестностях защищаемых объектов. То есть она может беспрепятственно проникать в конус защищаемого молниеотводом пространства и, естественно, внутрь защищаемых объектов.

Задачей настоящего изобретения является защита объекта от прямого поражения всеми типами молний, даже одновременного, а также от проникновения в него шаровой молнии, причем с одинаковой и высокой степенью надежности.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается тем, что кроме операции создания неоднородности электрического поля между грозовой тучей и молниеотводом в известном способе, как это делается сейчас, в него вводят дополнительную операцию создания вблизи защищаемого объекта зоны с напряженностью магнитного поля, превышающей по величине локальную напряженность геомагнитного поля Земли, путем установки на молниеприемник существующего молниеотвода в его центре масс либо непосредственно, либо через кронштейн металлического магнитного диполя, причем так, чтобы его габариты не выходили за пределы конуса защищаемого молниеприемником пространства.

Сущность настоящего изобретения основана на одном из многочисленных свойств шаровой молнии. Оно заключается в том, что "шаровая молния всегда несет долгоживущее сильное магнитное поле (и, следовательно, соответствующий почти незатухающий замкнутый кольцевой ток), о чем свидетельствует ее способность активно взаимодействовать с фермомагнетиками и магнитами" [4], а также с линиями электропередач. Оценка величины напряженности магнитного поля, генерируемого шаровой молнией в своих окрестностях, сделанная по ее математической модели для всего известного диапазона энергоемкостей явления природы, дает ее значение, лежащее в диапазоне от 10¹⁴ до 10²⁴ А/м. Но, как правило, по порядку величины она равна 10¹⁵ А/м. Итак, поскольку ядро шаровой молнии - мощный магнитный диполь, то, перемещаясь в окрестностях другого диполя постоянного магнита, установленного на молниеприемнике, она обязательно должна вступить с ним во взаимодействие, а именно: либо притянуться к диполю, либо оттолкнуться от него. Поскольку характерная длина диполя, установленного на молниеприемнике, на много порядков больше характерной длины магнитного диполя шаровой молнии, то есть диаметра ее ядра, то она должна обязательно только притянуться к одному из полюсов диполя, установленного на молниеприемнике. При этом столкновение шаровой молнии с металлическим телом магнитного диполя однозначно приведет к замыканию кольцевых токов как в ее оболочке, так и в сгустке вырожденного вещества. Поэтому электрический заряд квазимаксимона, ядра и оболочки через цепь: магнитный диполь - (кронштейн)-молниеприемник - токоотвод -заземление стечет в Землю и шаровая молния прекратит свое существование. Чтобы в результате уничтожения шаровой молнии магнитный диполь на молниеприемнике не потерял свою коэрцитивную силу из-за размагничивания под действием протекающего по нему высокочастотного тока, то есть, чтобы он был многоразового действия, как и молниеприемник, его необходимо крепить к молниеприемнику (кронштейну) за часть металлического тела, где проходит плоскость магнитного экватора. В этом варианте крепления магнитного диполя к молниеприемнику даже одновременный удар и линейной, и шаровой молний не способен привести к потере его коэрцитивной силы.

На чертеже изображена схема молниеотвода, поясняющая сущность предлагаемого способа защиты объекта от прямого поражения и проникновения в него шаровой молнии. Молниеотвод включает в себя молниеприемник 1, установленный на нем металлический магнитный диполь 2, опору 3, токоотвод 4 и заземления 5. Шаровая молния 6, пересекая коническую поверхность 7 защищаемого от удара линейной или четочной молнии пространства, притягивается своим ядром 8, например, к северному полюсу диполя 2. Сталкиваясь с ним шаровая молния 6 возбуждает в цепи 2-1-4-5 ток разряда 9, который стекает в Землю и нейтрализуется, а шаровая молния соответственно прекращает свое существование.

Целесообразность использования предлагаемого способа, из-за отсутствия экспериментальной базы и средств, оценим расчетным путем. С этой целью по формуле

где H - напряженность магнитного поля постоянного магнита или шаровой молнии;
H_⊕ - средняя напряженность магнитного поля Земли,
определим радиус сферической зоны, где коэрцитивная сила магнитного диполя, изготовленного, например, из сплавов "альни" или "альсни", имеющих коэрцитивную силу порядка 50000 А/м, уменьшится до средней напряженности геомагнитного поля Земли (45 А/м). Он получается равным примерно 20 м. Немного, но здесь следует учесть эффект адекватного уменьшения собственной напряженности магнитного поля ядра шаровой молнии. Расчеты показывают, что расстояние, с которого шаровая молния почувствует магнитный диполь 2, при ее энергоемкости, скажем, равной 100 кДж, равно одному километру. А это значит, что молниеотвод с магнитным диполем будет очень эффективно собирать любые по энергоемкости шаровые молнии, появляющиеся в его окрестностях, и по вышеописанной схеме уничтожать их, тем самым предотвращая их непредсказуемое воздействие как на защищаемые объекты (жилье, склады, технику и т.д.), так и на людей, находящихся в них.

Источники информации
1. Стекольников И.С. Молния и гром. М. - Л.: ОГИЗ "Гостехиздат", 1946.

2. Кравченко В.И. Грозозащита радиоэлектронных средств. Справочник. М.: "Радио и связь", 1991.

3. Юман М. Молния. М.: "Мир", 1972, с. 313.

4. Барри Дж. Шаровая молния и четочная молния. М.: "Мир", 1983.

5. Телетов Г.С. О природе шаровой молнии. В сб.: "Шаровая молния в лаборатории", М.: "Химия", 1994, с. 247-256.

6. Игнатов Б.Н. Аномальное атмосферное явление - шаровая молния. Заявка на открытие в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий от 08.04.86.

7. Игнатов Б.Н. Шаровая молния - дитя квазичастицы. В сб.: "Ты не прав, Ньютон!" Гомель-Калининград, 1990, с. 32-43.

8. Игнатов Б.Н. Природа шаровой молнии. // "Аномалия". М.: "ИТАР-ТАСС" N 4 (22), 1993, с. 43-45.

9. Игнатов Б.Н. Естественно-научная модель шаровой молнии. В сб.: Отчет по НИР "Теоретико-аналитическое исследование некоторых естественно-научных проблем" (шифр "Нить-51"), М.: МП "Экология непознанного", книга 3, 1994, с. 62-183.

10. Игнатов Б.Н. Природа шаровой молнии. В сб.: "Московский институт теплотехники. Наука, техника, производство". Том 1, часть 1, 1995, с. 27-63.

11. Игнатов Б.Н. Естественно-научная модель шаровой молнии. // "Оборонная техника". М.: НТЦ "Информатика". N 1-2, 1996, с. 47-52.

Изобретение относится к электротехнике, но преимущественно к системам защиты объектов от прямого поражения линейными, четочными и шаровыми молниями. Задача изобретения - защита объекта от прямого поражения всеми типами молний, а также от проникновения в него шаровой молнии, причем с одинаковой и высокой степенью надежности. Для этого в известный способ введена дополнительная операция создания вблизи защищаемого объекта зоны с напряженностью магнитного поля, превышающей по величине напряженность геомагнитного поля Земли, путем установки на известный молниеприемник молниеотвода металлического магнитного диполя, который, притягивая к себе появляющиеся в его окрестностях шаровые молнии, уничтожает их. 1 ил.

Способ защиты объекта от прямого поражения и проникновения в него шаровой молнии, включающий операцию создания около защищаемого объекта неоднородного электрического поля путем установки молниеотвода, например, над выходными отверстиями печных или каминных труб, с молниеприемником, выполненным в виде металлической заземленной сетки, стержня или пластины, отличающийся тем, что в него вводят дополнительную операцию по созданию вблизи защищаемого объекта зоны с напряженностью магнитного поля, превышающей по величине локальную напряженность геомагнитного поля Земли, посредством размещения на молниеприемнике металлического магнитного диполя, закрепляемого за центр масс либо непосредственно, либо через металлический кронштейн, причем таким образом, чтобы габариты диполя не выходили за пределы конуса защищаемого молниеприемником пространства.