Какво представляват пренапреженията на мълниите и защо се появяват? Как влияе стойността на заземяването на опората върху стойността на пренапрежение?.

Характеристики на гръмотевичната активност и параметрите на мълнията

За да се предскаже атмосферното пренапрежение и да се направи разумен избор на защитно оборудване, е необходимо да има информация в две посоки:

- за възможния брой мълнии в защитеното оборудване или близо до него;

- за токове в мълниеразряд.

Първият въпрос се решава чрез анализ на дългосрочните метеорологични наблюдения и използване на средните характеристики на гръмотевичната активност. Вторият въпрос е по-сложен поради сложността на директните измервания на токове в разряд на мълния, но многобройни проучвания в тази посока позволяват да се получат приемливи статистически данни за параметрите на разрядите на мълнията.

Светкавица е електрически разряд между космическия заряд в облак и земята (земни разряди) или между две заредени области (междуоблачни и вътреоблачни разряди). Светкавицата се предшества от процес на разделяне и натрупванеелектрически заряди в облаци, възникващи поради мощни възходящи въздушни течения и интензивна кондензация на водни пари в тях. Възходящите токове са резултат от нагряване на повърхностните слоеве въздух, който става по-лек от по-студените слоеве. При възходящия поток въздухът се охлажда и на определена височина температурата му достига стойност, при която се образуват наситени водни пари. Кондензацията е придружена от отделяне на топлина, което стимулира по-нататъшното напредване на въздушния поток до височина около 6 - 8 km с образуването на мощен купест облак.

Има три характерни етапа в развитието на гръмотевична облачност:

- зародиш с нарастване на облака (10 - 15 минути);

- зрял етап с интензивни валежи, придружени от студени потоци и резки пориви на вятъра (15 - 30 мин);

- облачно разпадане в края на възходящия и низходящия въздушен поток и постепенно валежи (около 30 минути).

Като цяло гръмотевичната активност се определя от процеси в редица отделни гръмотевични клетки. Когато студен атмосферен фронт премине с рязък спад на температурата на въздуха, такива процеси могат да продължат до няколко часа.

Първоначалният спусък за електрификация гръмотевичен облак се счита за наличие на електрическо поле в атмосферата на хубаво време поради заряда на земно-йоносферния кондензатор (Фигура 12.2) със сила около 100 V/m.

Фигура: 12.2. Електрическо поле в атмосферата при хубаво време

Водните капчици в облак в електрическото поле на атмосферата се превръщат в електрически диполи с положителен заряд на дъното. Капките, движещи се надолу, отблъскват положителните йони и улавят отрицателните, придобивайки излишен отрицателен заряд; по същия начин капчиците, движещи се нагоре, стават положителни. Капките, движещи се нагоре, замръзват при температура значително под 0 ° C (при рязко преохлаждане замръзването настъпва при температура около -18 ° C). Когато капчицата рязко замръзне, тя се разпада, разделяйки се на малки парчета лед, които носят положителния заряд на височина 10 - 12 км. В резултат на това гръмотевичен облак е дипол със среден заряд от 25 C. Центърът на отрицателния заряд е разположен на височина от около 5 км над земята (фиг. 12.3) и по-голямата част от земната мълния (около 90%) прехвърля отрицателен заряд на земята, презареждайки кондензатора земно-йоносферен. В средните ширини на Земята изхвърлянията в земята представляват 30.40% от всички мълнии, останалите зауствания са междуоблачни и вътреоблачни.

Фигура: 12.3. Образуване на заредени региони в гръмотевичен облак

Преди удар от мълния потенциалът на централната част на отрицателния заряд е 50.100 MV и средната сила на полето под облака не е висока, само 100.200 V/cm, но близо до центъра на заряда, силата на полето достига 20.24 kV/cm, което е достатъчно за започване на йонизация. Развитието на земния мълниеразряд обикновено започва от облак, докато клоновете на канала са насочени надолу. Светкавица нагоре се наблюдава само на много високи предмети или в планински райони.

Ударът на мълния се състои от няколко етапа. Първоначално, от центъра на отрицателния заряд към земята, йонизационен канал, водещ на стъпка, започва да се развива в скокове. Средната скорост на придвижването на водача на стъпката е 150.300 km/s. Когато лидерът се приближи до земята или издигнат обект, от последния започва да се развива брояч с височина около 10 m или повече. Когато два водача се свържат, токът рязко се увеличава до стойности от десетки и стотици килоампери, йонизационният канал се нагрява силно и зоната с висок ток със скорост 0,05 - 0,5 от скоростта на светлината се разпространява обратно към облак. Този етап се нарича основно изпускане или откат. Основният разряд премахва заряда от водещия канал и капака му към земята за време от 20 до 200 μs. Времето на нарастване на тока в главния разтоварен канал е 5.10 µs. Има няколко такива основни разряда в един удар на мълния, средно два или три, а общата продължителност на удара на мълнията е десети от секундата (средно 0,3 s). Следващите основни разряди имат време на нарастване от порядъка на 1 μs. В интервалите между основните разряди могат да текат токове от стотици ампери, леко вариращи във времето, които въпреки това представляват по-голямата част от заряда, транспортиран от мълнията.

Степен на опасност удар на мълния се определя преди всичко от максималния ток Аз съм в канала. Величината на спада на напрежението върху индуктивните елементи и големината на индуцираните пренапрежения зависят от скоростта на нарастване на тока на мълнията във фронта на вълната. Това са най-важните текущи параметри; в допълнение, интегралът определя нагряването на металните части, а топенето на металните части от дъгата зависи от количеството на прехвърления заряд. Установено е, че амплитудата на основния разряден ток практически не зависи от съпротивлението на заземяването в точката на удара, така че мълнията може да се счита за източник на ток.

Приблизителните изчисления използват усреднените разпределения Аз съм и а без да се вземат предвид различията им в първия и следващите импулси:

- вероятност амплитудата на тока при удар на мълния да надвиши дадена стойност Аз съм в килоампери (този подход е практически по-удобен от обичайното определение на вероятността като част от всички реализации за стойности на случайна променлива, по-малка от дадена);

- вероятност за превишаване на настоящата стръмност на зададената стойност а, kA/μs.

Има слаба положителна връзка между амплитудата и наклона на тока, но при изчисленията обикновено се приема, че те са статистически независими случайни променливи. В планинските райони със същите вероятности стойностите Аз съм и а приблизително наполовина по-малко.

За да се предвиди броят на мълниите в защитен обект, се използва метеорологична характеристика на интензивността на гръмотевичната активност - броят на часовете с гръмотевична буря годишно в даден район TG - и средният брой мълнии в 1 km 2 от земната повърхност за 100 часа на гръмотевици, равен на В Иркутск TG= 30 часа; с увеличаване на географската ширина на мястото TG намалява.

Повишените обекти привличат мълниеносни удари от площ, по-голяма от собствената им площ. Броят на директните удари в сгради с височина З.> или в отворени разпределителни уреди с гръмоотводи с височина З. през годината се изчислява с увеличаване на хоризонталните размери на обекта A и Б. (в метри) с 3,5З. във всички посоки:

коефициент 10 -6 преобразува квадратни метри в квадратни километри, за да съответства на измерението недин.

За електропроводи се използва специфичен индикатор, равен на броя на директните удари на мълния на 100 км дължина за 100 гръмотевични часа. Смята се, че линията събира зауствания от разстояние 3 hср отиване и връщане:

Средна височина на окачване на проводника hcr, m, се определя чрез височината на окачването на кабела или горния проводник на опората хоп, m и увисването на жицата е, m, както следва:

Ако редът е дълъг л, км, и се намира в район с броя на гръмотевичните часове годишно TG, тогава очакваният брой директни удари от мълния в линията на година може да бъде оценен, като се използва следната формула:

-мълниезащитно заземяване, предназначен за защита срещу външно пренапрежение.

Заземяването на отводители, гръмоотводи и кабели помага да се намали вероятността от припокриване на изолацията при мълниезаряди. Функциите на работното, защитното и мълниезащитното заземяване често се възлагат на едно устройство.

Основната характеристика на заземяващото устройство е неговата съпротива, дефиниран като отношение на потенциала в края на земния електрод към тока, протичащ през земния електрод. Потенциалът се определя по отношение на отдалечена точка на земята. Съпротивлението на земния електрод зависи от конструкцията и размерите, специфичното съпротивление на земята, както и от големината и формата на тока, който тече от него. Разграничавайки съпротивленията с честота 50 Hz и мълниеносни импулси, тези съпротивления могат да се различават значително. Импулсното съпротивление на заземителния превключвател се определя, когато тече импулсен ток, във форма, съвпадаща със стандартен импулс на мълния.

Съпротивлението на заземяването при честота 50 Hz и импулсното съпротивление са свързани помежду си чрез заземяващия импулсен коефициент:. Когато високи токове се стичат от земния електрод близо до металните части на земния електрод, плътността на тока е висока и силата на електрическото поле също е висока, където