 Удар молнии
Худшим моментом в моей яхтенной жизни, вспоминает Richard Woods, был удар молнии в яхту…
В начале июля 2002 года я шел под мотором на своем 32-футовом катамаране в Pamlico Sound – пресноводном озере на восточном побережье США. Все последние дни было жарко и душно - в воздухе ощущалась высокая влажность, и каждый день после обеда вокруг гремели грозы.
В тот особый день с утра было свежее, но к 2 часам пополудни снова появились знакомые огромные облака с «наковальнями» наверху. Невдалеке, прямо по курсу я видел темную полосу ливня, и на западе, похоже, тоже собирался ливневой шквал. Я решил переждать, пока оба они не пройдут, но облака были повсюду.
Прежде, чем я подошел к кромке фарватера, чтобы стать на якорь, громкий и резкий «кррак» раздался прямо надо мной, и я ощутил сильный запах озона в воздухе (кстати, молния не издает грохота грома над вами, она звучит как оглушительный «крак»). Дождь из осколков и обломков фитингов с топа мачты посыпался на меня, и я понял – молния ударила в яхту.
Стало ясно, что у меня большая проблема. Я встал на якорь, чтобы немного отойти от шока и оценить повреждения. Сразу после удара я заметил, что мой четырехтактный подвесник стал работать неравномерно, а после того, как я остановил его, совсем не захотел заводиться. Как и ожидалось, я обнаружил, что у меня теперь нет работающей радио и электронной аппаратуры – ни радиостанции, ни Navtex не подавали признаков жизни. Авторулевой ST2000 имел дыру в корпусе и тоже не работал. Я также заметил, что мой главный компас начал давать ошибку в 30 градусов. Спустившись вниз, я обнаружил большинство предохранителей на электрощите расплавленными. Запах горелой проводки стоял в каюте. К счастью, никакого пожара не было.
Ни один светильник в каюте не работал – все лампы накаливания просто перегорели, галогеновые - взорвались, разбросав стекла по всей каюте, а диодные светильники испарились бесследно. Реостат регулировки яркости света сгорел.
Все электронные часы на борту показывали неверное время, включая часы моего персонального органайзера и электронного барографа. Исследуя ситуацию дальше, я обнаружил неработающий CD плеер и холодильник. И, наконец, выжженные в обшивке полосы под леерными стойками указали мне путь молнии по судну. Пройдя от топа мачты по вантам и к леерам, она проследовала в корму и ушла в воду через рули.
Тогда мне повезло – я не пострадал. Хорошо что не было дождя, и я не держался за что-либо металлическое! Некоторые местные рыбаки видели, что случилось, и подходили на своих лодках ко мне спросить, все ли в порядке. Они сказали, что молния выглядела очень эффектно и вызвала впечатляющий фейерверк с топа моей мачты. Они подняли меня на мачту, где, к моей радости, я не обнаружил повреждений ни в самой мачте, ни в вантах и серьгах их крепления к мачте. Однако, ветроиндикаторы, топовый триколорный огонь и УКВ антенна, были полностью разрушены или отсутствовали.
Но, тем не менее, я был жив, и все еще имел мой парусный катамаран!
Было несложно пройти пару миль до ближайшей марины, но произошедшее требовало осмысления случившегося и его последствий – я мог ходить вдали от берега с автопилотом и радаром, прокладывать и контролировать курсы, используя картплоттер, и вдруг – «крак», и я не имею ничего. Даже часов и компаса – даже Колумб в свое время был экипирован лучше меня! Теперь я всегда имею на борту секстант, бумажные карты и механические часы.
На следующий день мне удалось найти механика, чтобы разобраться с подвесником, и после замены платы электронного зажигания, я имел рабочий мотор. Правда, неделей позже, другой его электронный блок вышел из строя, что повлекло дальнейший дорогой ремонт. Хотя подвесные двигатели подвергаются большему риску при ударе молнии, современные стационарные дизели также имеют электронные системы контроля и генераторы, которые страдают не меньше.
Со временем мне стало ясно, что кажущиеся неповрежденными приборы прекращают функционировать позже. К примеру, моя аккумуляторная батарея (которой был всего год) больше не могла держать заряд, и ее пришлось заменить.
Дорогое дело
Я не спеша начал дорогую процедуру замены всех поврежденных приборов. Ручные GPS и УКВ радиостанция стояли первыми в очереди, наряду с фишфайндером, эхолот которого был мне остро необходим в мелких водах восточного побережья. Новый лаг и метеостанция могли немного подождать. Другим важным пунктом был холодильник, ремонт которого стоил больше, чем, чем его начальная цена! Прошло немало времени, пока я восстановил все свое оборудование, и это были большие расходы.
Подобно большинству британских яхтсменов, я не слишком задумывался о защите яхты от молнии, пока не покинул Англию, в основном потому, что в северной Европе вы встретитесь едва ли с несколькими грозами в году. Но даже если вы не собираетесь в круиз к побережьям Центральной Африки, где более 200 грозовых дней в году, нужно помнить, что в любых популярных у яхтсменов районах мира, вы всегда подвержены риску удара молнии.
Не станьте мишенью
Более 10% смертных случаев на круизных парусных яхтах произошло из-за удара молнии.
Яхта, с ее мачтой, выглядит наиболее привлекательной для молнии на море. Наибольшие повреждения от удара молнии получают малые суда вследствие того, что они чаще всего сделаны из пластика и дерева и не «заземлены» надлежащим образом, т.е. плохо проводят электрическую энергию молнии в воду. Уменьшить риск, и практически свести на нет повреждения на лодке, поможет правильная система защиты от молнии – заземление судна.
Установкой защиты мы не можем сделать лодку недоступной для молнии, мы просто позволяем ее энергии уйти в воду, не причиняя вреда судну и людям на нем. В случае прямого удара молнии, через мачту и корпус яхты в течение менее полусекунды проходит электрический ток силой 100000 ампер и напряжением от 30 млн. вольт. Этот ток стремится уйти в воду, и если яхта не заземлена, то прокладывает себе путь, прожигая каналы в диэлектрических материалах и разрушая электрические цепи и приборы. Молния всегда находит свой путь к воде. Она может уйти через гребной вал двигателя, через киль, забортные клапаны или пробив обшивку в подводной части корпуса.
 Организация защиты яхты от молнии основана том, что мачта принимает на себя удар молнии и передает его через проводник на металлическую пластину под водой, через которую энергия молнии уходит в воду.
Мачта создает защитную зону в виде конуса вокруг яхты, не позволяя молнии ударить ниже ее – на палубу или в кокпит. Поскольку молния стремится ударить в наиболее высокий предмет, на топе мачты необходимо установить нечто вроде антенны – пруток из медной проволоки диаметром не менее 6 мм, вершина которого не острая, а затупленная, а еще лучше – в виде метелочки, и находится выше любого прибора на топе мачты. (рис слева)
Если ваша мачта металлическая, то она сама служит отличным проводником. Нужно лишь организовать соединение ее шпора с «землей» посредством медного проводника с площадью поперечного сечения не менее 50, а лучше 75 мм2.
В случе с деревянной мачттой вам необходимо или прокладывать отдельный проводник из медной проволоки диаметром 6мм, или использовать (если имеется) для этой цели металлический погон для ползунов грота. Все соединения должны быть болтовыми, обеспечивать надежный электрический контакт и защищены от корозии. Линия проводника заземления должна быть как можно более прямой.
В случае с карбоновой мачтой устройство отдельного проводника с топа мачты на «землю» также необходимо, несмотря на то, что карбон проводит ток. Фактически, удар молнии в карбоновую мачту без проводника, разрушает ее, поскольку карбоновые волокна при прохождении большого тока нагреваются и деламинируются в окружающей их и непроводящей ток эпоксидной смоле.
Топовые ванты также могут успешно выполнять роль проводников, если они не тоньше 3 миллиметров в диаметре. Важное условие должно быть соблюдено в этом случае – нижние концы вант должны быть электрически соединены и проведены на «землю». Вообще, все массивные металлические детали на расстоянии до 1,5 метра от проводника электрического заряда молнии, должны быть с ним соединены, во избежание «пробоя» на них электрической дуги.
Лучшая «земля» это голый металлический корпус, но современные эпоксидные краски и грунты представляют собой хорошую изоляцию, поэтому даже они нуждаются в установке пластин заземления.
Я подвергся удару молнии в пресной воде, которая проводит электрический ток значительно хуже морской, и это опаснее. Поэтому, когда устанавливаете пластину заземления, рассчитывайте на молнию в пресных водах.
Заземление
Пластина заземления представляет собой медный лист площадью 1-3 квадратных фута, прикрепленный к корпусу или килю и соединенный проводником с мачтой. Он может быть квадратной или прямоугольной формы. К сожалению, вы не можете установить и зашлифовать пластину заподлицо с обшивкой, поскольку наилучшее рассеивание электрического заряда в воду происходит именно с острых кромок пластины, а не с ее поверхности.
Иногда на яхтах, где отсутствует система заземления, во время грозы за борт опускают отрезок провода, соединенного с вантой или мачтой. Это плохая идея, так как провод не имеет достаточной площади соприкосновения с водой и не может эффективно отдать ей энергию молнии. В крайнем случае, на малой лодке такую схему можно применить при условии, что к концу провода будет присоединена медная пластина площадью не менее 1 квадратного фута, погруженная под воду.
Неразумно использовать в качестве «земли» винт двигателя, даже если он имеет подходящую площадь. В этом случае большой ток пойдет через двигатель, чего допускать нельзя. Еще худшая идея – организовывать «землю» на забортные кингстоны. Были случаи, когда молния вырывала их из корпуса, и яхты тонули.
Уязвимая электроника
Даже с хорошей системой защиты от молнии, электронные приборы остаются уязвимыми. Огромный потенциал статического электричества в грозе, сильнейший ток разряда молнии и мощнейшее радиоизлучение практически не оставляют шансов «нежной» низковольтной электронной аппаратуре выжить при ударе молнии.
Чтобы защитить ее, вы можете попробовать поставить импульсный протектор на каждую цепь, но проверить его эффективность может только реальный удар молнии. Мне кажется, что безопаснее и надежнее всего будет просто выключить приборы из сети, но не просто выключателями, а полностью отсоединить их от питания и датчиков. Как показал мой печальный опыт, простое удаление предохранителей в цепях может быть недостаточным – высоковольтный разряд может легко пройти между контактами. По этой причине я больше не имею «намертво» встроенных электронных приборов и мой холодильник и ватермейкер имеют отдельные электрические разъемы. Я также вручную отсоединяю все провода, идущие с топа мачты, включая навигационные огни.
Решение проблемы
 Единственный надежный метод по защите вашей электронной аппаратуры от удара молнии в действительности очень прост. Спрячьте приборы в металлический ящик, так называемую «клетку Фарадея». Полезной особенностью устройства является его способность не пропускать внутрь себя электрический заряд. Я использую для этой цели камбузные принадлежности – духовку и большую кастрюлю. (Вы можете изготовить специальный заземленный металлический ящик, который, кстати, может служить вам сейфом).
Теперь, как только я замечаю приближение грозы, мой картплоттер, радар, GPS, ноутбук и радио отправляются в духовку. Затем я отсоединяю двигатель от аккумулятора, снимаю автопилот и управляю яхтой вручную. Заход в гавань под парусами и навигация «на глазок» кажутся мне невысокой ценой за сохраненную электронику и двигатель.
 Причина появления молнии
= Большинство случаев появления молний отмечено в послеобеденное время, когда насыщенный влагой воздух нагревается и, поднимаясь вверх, образует огромные, до 10 миль в высоту, кучево-грозовые облака с вершиной в виде наковальни. (рис.1)
 = Когда нагретый воздух поднят на такую высоту, содержащаяся в нем влага конденсируется и замерзает, образуя кристаллики льда. Трение их друг о друга создает статический электрический заряд. При этом верхняя часть облака получает положительный заряд (+), а нижняя – отрицательный (-). Разноименные заряды взаимодействуют – притягиваются. Поэтому, когда облако идет над водой, его отрицательно заряженная нижняя часть собирает на поверхности воды положительный заряд, который передается всему, что находится на воде.
= Этот положительный заряд стремится к отрицательному в облаке и будет концентрироваться в наивысших возможных точках над морем – в нашем случае - на топе мачты.(Рис.2)
= Молния, которая представляет собой электрический разряд – огромную искру, случается, когда разность потенциалов между положительным и отрицательным зарядом становится достаточно большой, чтобы преодолеть сопротивление воздуха, как изолятора между ними.
= Разряд молнии с разностью потенциалов в 100 млн. вольт генерирует огромную энергию и может поднять температуру в канале молнии до 30000 градусов.
= Как и всякая электрическая искра, молния генерирует также мощные радиоволны и гром.
Гром - звуковые волны от разряда молнии, может сослужить вам неплохую службу. Зная скорость распространения звука в воздухе (240м/сек) и отсчитав промежуток времени между вспышкой молнии и раскатом грома, вы можете высчитать расстояние до грозы (рис.1). Например, между видимой молнией и громом от нее прошло 30 секунд. Умножаем 30 сек. на 340 м/с = 10200 метров или 10,2 км. Это и есть ваше расстояние от молнии. Если следующий раскат грома от молнии достигнет вас за меньшее время, например 25 секунд, и эта тенденция сохраняется, то это означает, что гроза движется в вашем направлении, и вам желательно изменить курс и приготовиться к возможной встрече с грозой и молниями.
Если вы покупаете новую лодку или бывшую в употреблении, непременно обратите внимание, оснащена ли она правильно спроектированной и установленной системой защиты от молнии. Такие (от производителя судна) системы обычно более эффективны и стоят меньше, чем самостоятельно установленные на готовую лодку позже.
Персональная безопасность
Во время грозы с молниями придерживайтесь следующих правил личной безопасности:
= перед подходом грозы прекратите всякую активность, связанную с водными развлечениями или спортом – плавание, погружение с аквалангом, серфинг, рыбалка и пр. – молния может ударить за милю до подхода к вам грозового облака.
= находясь на борту, не опускайте за борт руки или ноги.
= не пользуйтесь радио и электроприборами. Отключите их из сети.
= избегайте, насколько это возможно, контакта с частями лодки, присоединенными к молниеотводной защите. Никогда не прикасайтесь одновременно к двум заземленным предметам, например лебедке и бакштагу. В случае удара молнии ток пройдет через ваше тело именно в районе сердца, что может быть смертельно опасным. В дождь с грозой даже мокрые синтетические фалы могут представляют опасность, поскольку идут с топа мачты.
= знайте и умейте применить правила первой помощи при поражении электрическим током и остановке сердца.
С.Свистула
Из зарубежных источников…
Опубликовано в журнале Фарватер |
