Рассеивающая молниезащита

Многие при планировании установки на свой дом системы молниезащиты задумывались, насколько это безопасно.
Перед молниевым разрядом лидер нисходящего МР, рожденного в грозовом облаке на высоте в несколько километров над поверхностью земли, в начале пути движется по непрогнозируемой траектории, претерпевая многочисленные отклонения от вектора напряженности внешнего электрического поля атмосферы. Наблюдается множество незавершенных разрядов.

Ориентирование нисходящего лидера связано с развитием встречного лидера, обусловленного локальным увеличением электрического поля на возвышающихся над землей объектах, который стартует от вершины объекта и направляется навстречу (отсюда и название) лидеру молнии. Понятно, что чем длиннее встречный лидер, тем на более дальних подступах к защищаемой зоне он перехватывает МР. Учитывая, что с увеличением высоты наземного объекта увеличивается, и напряженность поля вероятность разряда в наземный объект увеличивается с ростом его высоты.

Суть проблемы в том, что действие стержневого молниеотвода основано на притягивании молнии. В результате молния выбирает для удара наиболее высокий объект.

Молниевые разряды стягиваются к объекту с молниезащитой, что влечет к увеличению количества разрядов в защищаемой области (грозовой активности), а следовательно, увеличивается вероятность прорыва молниевого разряда через систему молниезащиты и угроза пожара, поражения людей и электрооборудования.

К тому же, случаи боковых разрядов в высокие объекты (например, телебашни), а также ударов молнии в основание башен и в расположенные рядом с ними объекты демонстрируют, что высокий штыревой молниеотвод не всегда способен защитить даже себя, доказывая низкую надежность такой защиты.

На фото ниже зафиксированы кадры старта встречного лидера молнии от основания здания.

Для повышения безопасности и удаления молниевых разрядов от защищаемого объекта логично попытаться рассмотреть иные способы молниезащиты, предотвращающие развитие встречного лидера от защищаемого объекта, чтобы экранировать защищаемый объект от молнии и не провоцировать развитие молний в защищаемой области.
Интересным, простым и безопасным решением является дробление коронного тока по многочисленным очагам короны на множестве стержневых электродов, рассеивая наведенную энергию встречного лидера и создания над защищаемым зданием объемного электрического заряда, который препятствует развитию восходящих лидеров и задерживает движение нисходящих лидеров молнии в объект за счет того, что однополярные заряды отталкиваются.  

Уплотненная среда («шапка») над объемным зарядом вызвана скоплением заряженных частиц противоположного знака, удерживаемых токами смещения. Объемный заряд и уплотнения заряженных частиц можно представить эквивалентным заряженным конденсатором

Компанией LEC формирование объемного заряда над рассеивателем конструкции типа Dissipation Array System® (DAS®) зафиксировано на фото в момент грозы.

На данном принципе еще в 1935 году использовались «Метелочные антенны», а в авиации применяются специальные рассеиватели заряда.

Молниезащиту на таком принципе предлагают в виде «зонтиков» над объектом (например, как на фото от http://www.askkontur.ru/lightning_protection) по американской технологии типа  Dissipation Array System® (DAS®).

В России предлагается вариант рассеивающей молниезащиты на базе рассеивающего молниеотвода РМО-1 в виде стержня с электродами, который устанавливается на верхние грани крыши.

Общей основой их принципа действия является дробление коронного тока по многочисленным очагам короны и формирование ионизированного облака над защищаемым объектом, которое должно рассеивать энергию встречного лидера и экранировать защищаемый объект. Но возникает основной вопрос – работоспособна ли такая система, или это больше рекламные обещания?
Для проверки работоспособности такой конструкции мы собрали лабораторный стенд с длинной искрой и моделью рассеивателя. Для исключения сторонних влияний (взаимные емкости, индуктивности проводников и время перетекания зарядов) модель рассеивателя сделали максимально простой (модель дома не делали).
Рассеиватель установили непосредственно под электродом генератора имитируя наихудший случай - продвижение сформированного разряда молнии в область защищаемого объекта. Возле рассеивателя установили стержень, имитирующий соседние наземные объекты (деревья, кусты, столб забора и др.).

Не все сразу пошло гладко, при опытах отключался свет, пришлось купить два новых блока питания для компьютера.

Ниже приведены фото наиболее очевидного проявления действия сформированного над рассеивателем электростатического (невидимого) защитного экрана.

На фото отчетливо прослеживается отражение разряда от рассеивателя в сторону. Даже незавершенный стример, направленный от основного разряда в защищаемый объект не получил развития несмотря на то, что его путь вниз был короче.   
Получается, что молния «не замечает» сооружения с рассеивателем и уходит в сторону, к более привлекательным объектам, в роли которых могут быть деревья, фонарные столбы или специально установленные в безопасном месте невысокие молниеотводы.

Вывод. Принцип рассеивающей молниезащиты работает, однако, такая молниезащита защищает только тот объект, на котором она установлена, а также близкие невысокие сооружения. Если нисходящий разряд молнии уже сформирован и пошел вниз, рассеять его уже не получится, тем не менее, такой способ молниезащиты не провоцирует условия для дополнительных разрядов, а также повышает безопасность за счет удаления точек удара молнии от дома.