Вопрос . Электрические характеристики молний и классификация молний. Опасные воздействия молнии на ОРУ

Молния представляет собой гигантский электрический искровой разряд между облаками и земной поверхностью, или между облаками, или между разными частями облака.

- Длина линейной молнии составляет несколько километров, но может достигать 20 км и более.

- Основной канал молнии имеет несколько ответвлений длиной 2-3 км.

- Диаметр канала молнии составляет от 10 до 45 см.

- Длительность существования молнии составляет десятые доли секунды. Средняя скорость движения молнии 150 км/с.

- Сила тока внутри канала молнии доходит до 200000 А.

- Температура плазмы в молнии превышает 10000°С.

- Напряженность электрического поля внутри грозового облака составляет от 100 до 300 вольт/см, но перед разрядом молнии в отдельных небольших объемах она может доходить до 1600 вольт/см.

- Средний заряд грозового облака составляет 30-50 кулонов.

- В каждом разряде молнии переносится от 1 до 10 кулонов электричества.

Важнейшей характеристикой является максимальное значение (амплитуда) тока молнии /_м, часто назы­ваемое просто током молнии. При максимальном значении тока молнии соз­даются наибольшие падения напряжения на активных сопротивлениях -волновых сопротивлениях проводов и сопротивлениях заземления. Ампли­туды токов первых компонентов отрицательных молний, соответствующих 50 % вероятности в статистических функциях их распределения, составляют U) кА, а последующих компонентов - только 13 кА. При положительных разрядах токи молнии бывают больше, чем при отрицательных. Максималь­ные токи молнии составляют 200-300 кА, однако крайне редко могут быть и в 2-3 раза больше.

Крутизна фронта тока молнии di_M I dt определяет индуктивные паде­ния напряжения в проводниках и индуктированные напряжения в магнитно-связанных цепях. В практических расчетах обычно пользуются средней кру­тизной а_м =I_м/tф. Это не вносит большой ошибки при способе определе­ния продолжительности фронта, показанном на рис. 1.10. Для первых ком­понентов отрицательных молний 50%-ное значение максимальной крутизны фронта тока молнии в статистических функциях их распределения составля­ет 15 кА/мкс, а для последующих компонентов - 40 кА/мкс, максимальные значения до 1000 кА/мкс. Между амплитудой и крутизной фронта тока мол­нии имеется слабая положительная корреляционная связь: чем больше ток, тем больше крутизна. Однако данных пока недостаточно, поэтому принято считать I_М и а_м независимыми случайными величинами.

Длительность импульса,е величина определяет длительность поражающего воздействия и разрядное напряжение изоляции оборудования в соответствии с ее волть- амперной характеристикой .Длительности импульсов тока для 50%-ой вероятности,состовляют:для первого импульса отрицательной молнии (54-80 мкс),для повторного импульса отрицательной молнии 30мкс,для импульса положительной молнии-230мкс.

Наряду с наиболее распространенной линейной молнией иногда встречаются ракетообразная, четочная и шаровая молнии.

Ракетообразная молния наблюдается очень редко. Она длится 1-1,5 сек и представляет собой медленно развивающийся между облаками разряд.

К весьма редким видам молнии следует отнести и четочную. Она имеет общую длительность 0,5 сек и представляется глазу на фоне облаков в виде светящихся четок диаметром около 7 см.

Шаровая молния в большинстве случаев представляет собой сферическое образование диаметром у земной поверхности 10-20 см, а на высоте облаков до 10 м.

На Земле ежесекундно наблюдается в среднем около 100 разрядов линейной молнии, средняя мощность, которая затрачивается в масштабе всей Земли на образование гроз равняется 1018 эрг/сек.

Интересно отметить, что энергия конденсации, выделяющаяся в грозовом облаке средних размеров с площадью основания около 30 км2 при дожде средней интенсивности, составляет около 1021 эрг. То есть, энергия, выделяющаяся при выпадении осадков из грозового облака, значительно превышает его электрическую энергию.

Классификация линейных молний

Из предшествующих параграфов следует, что линейные молнии между облаком и землей могут быть отрицательные (их большинство) или положи­тельные в зависимости от знака заряда облака. Из самой структуры грозового облака следует, что в некоторых случаях они могут быть биполярными, на­пример, в начальной части на землю проходит отрицательный ток (перено­сятся отрицательные заряды), а потом его полярность меняется на положи­тельную.

В зависимости от направления развития лидера (от облака к земле или наоборот) молнии разделяются на нисходящие (направленные вниз) и на вос­ходящие (направленные вверх). Последние наблюдаются при поражениях высоких объектов и в горах. Вероятность возникновения восходящих молний возрастает с увеличением высоты объекта. При поражениях конструкций вы­сотой около 100 м только в 10 % случаев молнии бывают направленными вверх, в то время как при высоте конструкций более 400 м восходящие мол­нии составляют 95 %.

Наряду с завершенными разрядами, образующими канал облако-земля, могут быть и незавершенные разряды. В последнем случае лидерный канал прекращает свое развитие, не доходя до противоположного электрода - зем­ли или облака. Причиной этому могут быть быстро меняющиеся условия в недостаточно зрелом грозовом облаке.