Молниеносный удар - Событие материнской природы
Молния, одна из самых зрелищных событий Мать-Природы, начала казаться значительно демистифицированной после того, как Франклин показал свою электрическую природу своим знаменитым экспериментом в области электрического кайта в 1752 году. Хотя с тех пор проводится большое исследование молнии, в настоящее время молния стоит как тема (Уман, 1969, 1987).
Это особенно справедливо для улучшения конструкции систем электроснабжения, поскольку причиной возникновения сбоев в электроснабжении являются грозовые разрывы и повреждение оборудования во время грозы.
Механизм генерации молнии
Первые штрихи
Воздухообразование и понижения ветра, которые происходят в атмосфере, создают механизм зарядки, который отделяет электрические заряды, оставляя отрицательный заряд внизу и положительный заряд в верхней части облака. По мере роста заряда в нижней части облака растет и разность потенциалов между облаком и землей, которая положительно заряжена. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет пробой воздуха. См. Рисунок 10.1.
Способ разработки облачной флеш-памяти включает в себя ступенчатый лидер, который начинает двигаться вниз после предварительного пробоя в нижней части облака. Это включает в себя положительный карман заряда, как показано на рисунке 10.1. Ступенчатый лидер движется вниз по ступеням длиной несколько десятков метров и импульсными токами не менее 1 кА по амплитуде (Уман, 1969). Когда этот лидер приближается к земле, потенциал на землю может достигать значений до 100 МВ до того, как процесс крепления с одним из восходящих стримеров будет завершен. На рис. 10.2 показан случай, когда нисходящий лидер перехватывается восходящим стримером, развивающимся из дерева.
Важно подчеркнуть, что конечная точка на земле не определена до тех пор, пока нисходящий лидер не окажется на несколько десятков метров над землей и что он будет прикреплен к одному из растущих восходящих стримеров с поднятых объектов, таких как деревья, дымоходы, линий электропередач и средств связи.
РИСУНОК 10.1 - Разделение электрического заряда в грозовой туче
РИСУНОК 10.2 - Вложение между лидерами восходящего и восходящего движения в облачной вспышке.
Фактически по этому принципу работают стержни молниезащиты, т. Е. Они должны быть стратегически расположены таким образом, чтобы обеспечить формирование восходящего стримера с высокой вероятностью перехвата нисходящих лидеров, приближающихся к охраняемой территории. Чтобы это произошло, восходящие стримеры, развивающиеся из защищенных объектов в защищенной области, должны неблагоприятно конкурировать с теми, кто развивается от кончика молниеотводов.
Как только происходит процесс прикрепления, заряд, который опускается из облачной базы через ведущий канал, подается на землю, пока импульс тока пробоя, известный как обратный ход, перемещается вверх по каналу. Скорость обратного хода составляет около одной трети скорости света. Сообщается, что медианное значение пикового тока, связанное с обратным ходом, составляет порядка 30 кА, с временем нарастания и временем до половины значений около 5 и 75 мкс соответственно.
См. Таблицу 10.1, адаптированную из (Berger et al., 1975).
ТАБЛИЦА 10.1 - Параметры тока молнии для отрицательных вспышек
Связанный с этим механизмом переноса заряда (приблизительно 5 C заряд понижается до земли через ступенчатого лидера) представляют собой изменения электрического и магнитного полей, которые могут регистрироваться на близких расстояниях от канала и могут длиться несколько миллисекунд. Чувствительное оборудование, подключенное к силовым или телекоммуникационным линиям, может быть повреждено при создании больших перенапряжений, создаваемых с помощью электромагнитного поля.
Последующие штрихи
После того как отрицательный заряд из базы облаков был перенесен на землю, дополнительная зарядка может быть доступна в верхней части канала, когда разряды, известные как процессы J и K, происходят внутри облака (Uman, 1969). Это может привести к от трех до пяти ударов молнии после первого удара.
Так называемый лидер дротиков развивается из верхней части канала, снижающего заряды, как правило, 1 C, до недавнего времени считалось, что он следует за одним и тем же каналом первого удара. Однако исследования, проведенные в последние несколько лет, показывают, что около половины всех разрядов молнии на землю, как одно-, так и многотактные вспышки, ударяются о землю более чем в одну точку, причем пространственное разделение между окончаниями канала варьируется от 0, 3 до 7, 3 км, с геометрическим средним 1, 3 км (Thottappillil et al., 1992).
Как правило, лидеры стрельбы не развивают ветвления и движутся вниз со скоростями около 3 х 10 6 м / с. Последующие обратные штрихи имеют пиковые токи, обычно меньшие, чем первые штрихи, но более быстрые от нуля до пика. Средний интервал между интервалами составляет около 60 мс, хотя интервалы, достигающие нескольких десятых доли секунды, могут быть задействованы, когда так называемый непрерывный ток течет между штрихами (это происходит в 25-50% от всего облака к земле мигает). Этот ток порядка 100 А связан с зарядами около 10 ° С и представляет собой прямую передачу заряда из облака в землю (Уман, 1969).
Процент однотактных вспышек, предложенных CIGRE в 45% (Anderson and Eriksson, 1980), значительно выше, чем приведенные ниже результаты, полученные в результате экспериментальных результатов: 17% во Флориде (Rakov et al., 1994), 14% в Нью-Мексико (Rakov et al., 1994), 21% в Шри-Ланке (Cooray and Jayaratne, 1994) и 18% в Швеции (Cooray and Perez, 1994).
Автор: Франсиско де ла Роса