2.2. Электрические характеристики молнии

П ереход от лидерной стадии к главному разряду можно имитировать замыканием на землю вертикального заряжен­ного провода (рис. 2.1). Будем считать, что во время ли­дерной стадии сформировался проводящий канал (верти­кальный провод) с постоянной плотностью отрицательного заряда на единицу длины . При замыкании ключа К про­исходит нейтрализация отрицательного заряда за счет положительных зарядов, поступающих в канал молнии с по­верхности земли.

Рис. 2.1. Упрощенная схема развития главного разряда

Если волна нейтрализации распространяется вверх со скоростью , то амплитуда тока

Если провод замыкается на землю через некоторое со­противление R, то ток уменьшается и определяется как

где Z — эквивалентное волновое сопротивление канала мол­нии.

С точки зрения электромагнитного воздействия на уста­новки высокого напряжения важное значение имеют форма и значение тока главного разряда (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Определение параметров импульса тока молнии

Важнейшими электрическими характеристиками молнии являются:

1) мак­симальное значение тока молнии , часто называемое про­сто током молнии.

2) крутизна фронта тока молнии

3) средняя крутизна фронта

.

2.3. Характеристики грозовой деятельности

Одновременно на земном шаре существует примерно 2000 грозовых очагов, из которых ежесекундно происходит около 100 ударов молнии.

Интенсивность грозовой деятельности в данной местно­сти характеризуется средним числом грозовых часов в году . Число грозовых часов минимально в высоких широтах и постепенно увеличивается к экватору, где повышенная влажность воздуха и высокая температура, способствую­щие образованию грозовых облаков.

Другой характеристикой грозовой деятельности является среднее число ударов молнии n_уд в 1 км² поверхности земли за 100 грозовых часов.

Возвышающиеся над поверхностью земли объекты вслед­ствие развития с них встречных лидеров собирают удары молнии с площади, превышающей их территорию. Число ударов молнии за 100 грозовых часов в сооружение, напри­мер в подстанцию, длиной А, шириной В и высотой Н (раз­меры в метрах) может быть рассчитано по формуле

.

Число ударов молнии в 100 км воздушной линии элек­тропередачи за 100 грозовых часов

,

где – средняя высота, м, подвеса троса или при отсутствии тросов — верхнего провода; — высота опоры; — стрела провеса троса или провода.

Годовое число ударов молнии в линию длиной l при чис­ле грозовых часов в году , определяется как

.

2.4. Защита от прямых ударов молнии. Молниеотводы

Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Молниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя удар молнии, токоотвода и заземлителя.

Защитное действие молниеотводов основано на том, что во время лидерной стадии на вершине молниеотвода скап­ливаются заряды и наибольшие напряженности электриче­ского поля создаются на пути между развивающимся ли­дером и вершиной молниеотводов. Возникновение и разви­тие с молниеотвода встречного лидера еще более усиливает напряженности поля на этом пути, что окончательно пред­определяет удар в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий, чем молниеотвод, будучи расположен поблизости от него, оказывается заэкранированным молниеотводом и встречным лидером и поэтому практически не может быть поражен молнией.

Молниеотводы по типу молниеприемников разделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы вы­полняются в виде вертикально установленных стержней (мачт), соединенных с заземлителем, а тросовые — в виде горизонтально подвешенных проводов. По опорам, к кото­рым крепится трос, прокладываются токоотводы, соединяю­щие трос с заземлителем Открытые распределительные устройства подстанций защищаются стержневыми молниеотводами, а линии элек­тропередачи — тросовыми.

Необходимым условием надежной защиты является хо­рошее заземление молниеотвода, так как при ударе молнии в молниеотвод с большим сопротивлением заземления на нем создается высокое напряжение, способное вызвать про­бой с молниеотвода на защищаемый объект.