Электрические характеристики молнии

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

Если волна нейтрализации распространяется вверх со скоростью V , то амплитуда тока: I_M=s V.              

Если провод замыкается на землю через некоторое сопротивление R, то ток уменьшается и определяется как , где z – эквивалентное волновое сопротивление канала молнии (300-600 Ом)

При таких значениях z влияние сопротивления заземления, по крайней мере до R=50 Ом, невелико и с достаточной степенью точности для расчетов молниезащиты можно принимать эквивалентное волновое сопротивление канала молнии бесконечно большим, т.е. рассматривать молнию как источник тока.

С точки зрения электромагнитного воздействия на установки ВН важное значение имеют форма и значение тока главного разряда. Приближенно он имеет вид апериодического импульса

Важнейшей характеристикой является максимальное значение тока молнии I _M , часто называемое просто током молнии.

Крутизна фронта тока молнии   определяет индуктивные падения напряжения в проводниках и индуктированные напряжения магнитно-связанных цепях. Однако удобнее бывает пользоваться средней крутизной это не вносит существенной ошибки при способе определения продолжительности фронта, показанном на рис.

Между амплитудой и крутизной фронта тока молнии имеется слабая положительная корреляционная связь: большим токам соответствует большая крутизна. Однако данных пока недостаточно, поэтому принято считать I _M и a независимыми случайными величинами. В этом случае:P(I_M, a )≈ P(I_M)+ P( a )     

где P(I_M) и P( a ) – вероятности того что ток молнии и крутизна будут равны или превысят заданные значения , .

При проектировании молниезащитных устройств необходимо учитывать тепловое и электродинамическое действия молнии. Значения зарядов, переносимых молнией, характеризуют энергию, выделяющуюся в точке удара молнии, и расплавление металла в этом месте. Интеграл квадрата тока , называемый также иногда интегралом действия или импульсом квадрата тока, определяет механические воздействия и нагрев проводников при прохождении по ним тока молнии.

27. Защита от прямых ударов молнии.

Для защиты объектов от поражения молнией используются молниеотводы. В зависимости от защищаемого объекта применяют стержневые (подстанции) или тросовые (ВЛ) молниеотводы. Необходимым условием эффективной работы молниеотводов является их хорошее заземление.

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 молниеотводом 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 молниеотвода. Возникновение и развитие с молниеотвода встречного лидера еще более усиливает напряженность поля на этом пути, что окончательно предопределяет удар в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий чем молниеотвод, будучи расположен поблизости от него, оказывается за экранированным молниеотводом и встречным лидером и поэтому практически не может быть поражен молнией. Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты.

Зона защиты молниеотвода – пространство вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое не превышает определенного достаточно малого значения. 

Молниеотводы по типу молниеприемников подразделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются в виде вертикально установленных стержней (мачт), соединенных с заземлителем. 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.