1 Сведения о разрядах молнии и их параметрах
Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением.
Разряд молнии начинается с развития лидера-слабо святящегося канала с током в несколько сотен ампер. По направлению движения лидера – от облака вниз или от наземного сооружения вверх – молнии подразделяются на нисходящие и восходящие.
Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов в грозовом облаке, и его появление не зависит от наличия на поверхности земли каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных объектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкасание одного из них с нисходящим лидером (или касание последнего поверхности земли) определяет место удара в объект или в землю.
Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений, у вершин которых электрическое поле во время грозы резко усиливается. По месту появления и устойчивого развития восходящего лидера определяется место поражения: на равнинной местности восходящие молнии поражают объекты высотой более 150м, а в горных районах - остроконечные элементы рельефа и сооружений меньшей высоты.
Процесс развития нисходящей молнии протекает следующим образом: после установления сквозного лидерного канала наступает главная стадия разряда - быстрая нейтрализация заряда лидера, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений. При этом происходит интенсивный разогрев канала и его ударное расширение, воспринимаемое на слух как раскат грома. Ток главной стадии состоит из одного или нескольких последовательных импульсов, наложенных на непрерывную составляющую. Первый импульс имеет длительность в несколько сотен микросекунд, длину фронта 3-20мкс, среднее значение тока 30-60 кА, амплитудное -100 кА.
Последующие импульсы имеют меньшие амплитуды токов и длины фронтов (средние значения соответственно 12 кА и 0,6 мкс), но более высокую крутизну фронтов.
Нисходящие молнии имеют, в основном, отрицательные импульсы тока, но примерно в 10% случаев импульсы могут быть положительными.
Аналогично развивается восходящая молния, но все импульсы токов имеют амплитуды в среднем 10-12 кА и длины фронтов до 1мкс.
2 Характеристики грозовой деятельности
Об интенсивности грозовой деятельности судят по повторяемости и продолжительности гроз. Но более важной и информативной характеристикой является плотность ударов нисходящих молний на единицу земной поверхности – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности. Между этими характеристиками грозовой деятельности есть корреляционная связь (таблица 1)
Таблица 1 - Характеристики грозовой деятельности
Интенсивность грозовой деятельности, ч/год (по карте среднегодовой продолжительности гроз в ПУЭ) |
Среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности |
10 – 20 20 – 40 40 – 60 60 – 80 80 и более |
1 3 6 9 12 |
Показателем, определяющим необходимость выполнения молниезащиты и ее надежность, является ожидаемое число поражений объекта молнией в год. Для объектов прямоугольной формы в плане высотой не более 60м, не оборудованных молниезащитой, оно определяется по формуле 4
,
где
и
– соответственно ширина и длина
защищаемого объекта в м, имеющего в
плане прямоугольную форму;
– высота объекта
в м по его боковым сторонам;
– среднегодовое
число ударов молнии в 1 км2
земной поверхности в районе расположения
объекта.
Для объектов
сложной конфигурации при расчете
в качестве
и
рассматривают ширину и длину наименьшего
прямоугольника, в который может быть
вписан объект в плане.
Для сосредоточенных объектов поражаемая поверхность (так называемая поверхность стягивания) имеет форму круга, и число поражений молнией в год таких объектов
,
где
– радиус стягивания в м;
.