В процессе движения капель воды в облаке и замерзания их в верхних слоях атмосферы, при столкновениях друг с другом в струях воздуха происходит одновременно электризация частиц влаги, распределение зарядов разных знаков в разных частях грозового облака. Обычно в облаке на высоте от 1 до 8 км и более образуется несколько зон скопления зарядов разного знака. В нижней части облака преимущественно скапливаются отрицательные, а в верхних – положительные заряды. Это подтверждается тем, что в большинстве случаев (90 – 95 %) молния несет к земле отрицательный электрический заряд.
Под действием объемных зарядов внутри облака и между облаком и землей возникают электрические поля напряженностью у земли до 30 кВ/м, а у грозового облака до 1000 кВ/м.
Создаваемое объемными зарядами электрическое поле распределяется в пространстве неравномерно, в отдельных областях его напряженность может превышать критическое значение ударной ионизации. В этих местах заряженные частицы при соударении с молекулами воды и воздушной смеси газов вызывают их ионизацию, что приводит к лавинному процессу нарастания числа ионизированных частиц, образованию стримеров – каналов с повышенной проводимостью за счет высокого уровня ионизации газовой смеси. Протекающие по стримерам токи еще более повышают их проводимость, в результате чего образуется лидерный канал молнии (рис.6.1), в котором происходит интенсивная ударная ионизация, термоионизация и фотоионизация газовой смеси.
Рис.6.1. Схема развития разряда молнии: а,б – две ступени лидера; в – образование главного канала молнии; 1 – объемный разряд облака; 2 – стримеры; 3 – канал ступенчатого лидера; 4 – корона канала; 5 – импульсная корона на головке канала; 6 – канал молнии.
На конце лидерного канала под действием высокого потенциала зарядов облака образуется импульсная корона, представляющая собой нитевидные разряды в газе в виде каналов. При протекании определенного количества электричества по этим каналам в виде токов разрядов проводимость их резко увеличивается, что сопровождается скачкообразным удлинением лидерного канала и образованием на его конце новой импульсной короны.
Скорость движения ступенчатого лидерного канала, полученная с помощью специального фотографирования процесса, достигает 5*107 м/с, а длина отдельных ступеней канала от 10 до 100 м. Диаметр канала ступенчатого лидера колеблется от 0,005 до 5 м. Вокруг него образуется корона, диаметр которой достигает 10 – 12 м.
Под действием электрического поля зарядов лидерного канала на ближайшей к нему поверхности земли и конструкциях (опоры и ЛЭП, крыши домов и сооружений и т.п.) накапливаются заряды противоположного знака. При достижении лидером поверхности земли или встречного лидерного канала с возвышенных частей земли начинается вторая стадия разряда молнии, сопровождающаяся «нейтрализацией» отрицательных зарядов главного лидера. Этот процесс можно рассматривать как волну тока (Iм), распространяющуюся по каналу от земли к облаку со скоростью от 0,05 до 0,5 скорости света и создающую вокруг канала сильное магнитное поле.
Эта стадия процесса разряда молнии сопровождается наиболее ярким свечением, возникновением больших давлений газа в канале, расширение которого приводит к мощным звуковым колебаниям воздуха.
6.2. Молниезащита подстанции
Систему защитных устройств и мероприятий, применяемых в промышленных (ЛЭП, электрические подстанции и др.) и гражданских (в том числе жилых) сооружениях для защиты от аварий при воздействии на них молнии, называют молниезащитой. Ее применение обеспечивает безопасность людей, оборудования, материалов, зданий и сооружений от возможных возгораний и разрушений.
Прямым ударом молнии осуществляется непосредственный контакт канала молнии со зданием или сооружением, сопровождающийся протеканием через последний тока молнии. Прямой удар молнии может вызвать загорание зданий и сооружений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.