Блог энергетика

Молния и молниеотвод

В чём опасность молнии?

Молния наносит колоссальный ущерб имуществу граждан и предприятий каждый год, вызывая пожары, взрывы, разрушения. Воздушные линии разного назначения (линии электропередач, линии связи и т.д.) достаточно часто подвергаются удару молнией и являются путем, по которому очень высокие напряжения, создаваемые в проводах молнией, могут передаваться на объекты энергопотребления. Разряды, возникающие при этом с электропроводки на землю, могут поразить находящихся по близости людей, вывести из строя электрооборудование, привести к возгоранию.

Опасность Молнии

  В городах высокие здания принимают на себя удары молнии, их насыщенность с хорошо заземленными трубопроводами (водоснабжение, канализация, отопление) создает более благоприятные условия для защиты от молний. Чего не скажешь про объекты на открытой местности.

  Особенно опасны разряды молнии, попавшие в пожароопасные, взрывоопасные промышленные здания и сооружения.

  Опасность поражения неизмеримо уменьшается если жилые дома, общественные и производственные здания и сооружения защищены соответствующим образом.

   Как образуется молния? И её характеристики.

  Молния представляет собой электрический разряд между облаком и землей, или между облаками. Процесс разделения и накопления электрических зарядов в облаках происходит из за возникновения мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров.

  Поднимаясь, воздух попадает в область низкого давления, расширяется и охлаждается. В основании облака, содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется, образуя капли воды. Восходящие потоки достигают стратосферы. Вершина грозового облака находится на высоте 8-15 км, а основание 0,5-3,5 км. Скорость потока воздуха в грозовом облаке может достигать 30 м/с, время его жизни 1-4 часа.

Молниезащита

  В области пониженных температур капли воды замерзают. Замерзание начинается с поверхности капли, которая покрывается тонким слоем льда, выделяющееся при этом тепло поддерживает температуру внутри капли около 0 градусов. Имеющиеся в воде положительные ионы под действием разности температур перемещаются к поверхностному слою капли и заряжают его положительно, а жидкой сердцевине капли сообщается при этом избыточный отрицательный заряд. Когда замерзает сердцевина капли, то в следствие ее расширения, замерзший поверхностный слой лопается и положительно заряженные осколки его уносятся восходящим потоком воздуха в верхние части облака.

  Таким образом нижняя часть грозового облака оказывается заряженной отрицательно, а вершина положительно.

Заряды в капле

В основании грозового облака содержится много крупных капель, поэтому оно выглядит более темным. Большие капли разбиваются в восходящем потоке, поверхность капли при этом несет отрицательный заряд, а сердцевина положительный. При этом отрицательно заряженные мелкие брызги уносятся потоком воздуха вверх, а на крупных частицах остается положительный заряд.

Струтура грозового облака

Как происходит разряд?

В большинстве случаев разряд развивается из области скопления отрицательных зарядов.

  Когда напряженность электрического поля в облаке достигает критической величины (20-25 кВ/см в зависимости от высоты), начинается процесс ионизации воздуха (процесс образования заряженных частиц электронов и ионов, воздух становится электропроводным) и в сторону земли начинает развиваться разряд. В начальной (лидерной) стадии молния представляет собой относительно медленно (2*10⁵ м/с) развивающийся слабо светящийся канал (лидер), окруженный достаточно обширной зоной ионизации.

 Распределенный вдоль канала заряд индуктирует на поверхности земли и на расположенных на ней объектах заряды другого знака. По мере приближения канала разряда к земле, с поверхности земли или объекта может начать развиваться встречный канал разряда (встречный лидер). В большинстве случаев заряд облака и лидера имеет отрицательный заряд, а заряд встречного лидера положительный. 

Процесс разряда молнии

Когда оба канала встречаются, начинается главная стадия разряда. Процесс этот распространяется в направлении от земли к облаку со скоростью порядка 10⁷ м/с и сопровождается сильным свечением канала разряда. По каналу в течение 100 мкс проходит очень большой ток, разогревающий канал до температуры 20000-35000 градусов. При нагревании канал разряда быстро расширяется, что вызывает распространение ударной волны, которая воспринимается как гром.

Защита зданий и сооружений.

Ток молнии не представляет опасности для металлических проводников сечением 35 мм² и выше или металлических частей здания, имеющих хорошее соединение с землей. Но при поражении объектов не имеющих хорошего соединения с землей или объектов, сделанных из токо-непроводящих материалов (бетон, кирпич, дерево и т.д.), прохождение канала разряда внутри этих материалов, сопровождающееся созданием высокого давления и температуры, приводит к разрушению элементов объекта.

Известны случаи разрушения дымовых кирпичных труб, расщепления деревьев и т.д.). Удары молнии в воздушные провода вызывают появление в них больших потенциалов, которые по проводам проникают в здания, вызывая разряды с электропроводки и техники подключенной к ней на землю или на заземленные элементы здания. Такие разряды представляют высокую опасность для людей.

В промышленных сооружениях большие потенциалы могут прийти по металлическим эстакадам, рельсовым путям и другим протяженным металлическим конструкциям. Для взрывоопасных и пожароопасных сооружений большие потенциалы особенно опасны, потому что любая иска может привести к возгоранию и взрыву.

  На открытой местности укрываться под высокими или отдельно стоящими деревьями опасно, так как при ударе молнии возможен разряд с дерева на находящихся под ним людей, наиболее безопасное расстояние 8-10 м от дерева.

  Так же опасность вызывает вторичное воздействие молнии, это объясняется сохранением заряда на изолированных металлических частях здания или сооружения, доступных для прикосновения.

  Таким образом каждое здание и сооружение должно быть защищено от ударов молнии.    

оставить отзыв