Опасные воздействия молнии

Команда российских ученых, работающих в области молниезащиты, имеющая мировое признание очень подробно и доходчиво описала воздействия молнии в книге Э.М. Базелян, Ю.П. Райзер, Физика молнии и молниезащиты. (ФИЗМАТЛИТ, 2001). В качестве обоснований в этом издании приведены и расчеты тех значений и параметров, которые представляют наибольшую опасность. В настоящей статье мы приведем лишь их перечень, как выдержки из названной книги. Информация данного раздела будет полезна для ответа на вопрос: «Нужна ли молниезащита?».

Последствия прямого удара:

А. Термические воздействия

  • Наиболее опасны в случае и в месте контакта высокотемпературного канала с горючими материалами. Следствием может стать пожар.
  • Негорючие диэлектрические материалы могут быть проплавлены в месте контакта с горячим каналом.
  • Металлические поверхности малой толщины (до нескольких миллиметров) проплавляются и прожигаются в местах контакта канала молнии. Такие прожоги опасны прорывом раскаленного металла во внутренние объемы объекта, где могут находиться легко воспламеняющиеся или взрывоопасные материалы. Опасны они и локальным перегревом (до 700 – 10000С). Такая раскаленная зона успешно выполнит роль зажигалки.
  • Термические разрушения проводников, по которым течет ток молнии, редки, и наиболее вероятны для миниатюрных антенн или различного рода датчиков, размещенных на внешних конструкциях объекта.

Б. Электродинамические воздействия

Электродинамические воздействия редко приводят к жизненно опасным повреждениям. Тем не менее, возможно сужение тонких металлических трубок, изменение угла наклона стержней, деформация тонкостенных поверхностей и проводников малых диаметров, изогнутых под острыми углами по направлению протекания тока молнии.

В. Электрогидравлические воздействия

Много опасней электродинамических. Самые разнообразные композиционные материалы, применяемые в современной технике, имеют в своем составе тонкие металлические пленки, металлические армирующие сетки, миниатюрные проводники, составляющие монолит с диэлектрической стенкой. При распространении тока молнии такие металлические детали испаряются, возникающие дуговые каналы контактируют с пластиком, который может разлагаться и газогенерировать. Возникает ударная волна, которая расщепляет и вспучивает стенку из композиционного материала.

Г. Перенапряжения прямого удара

Так называют опасные повышения напряжения в цепях объекта при распространении импульса тока молнии по его конструктивным элементам. Пробой изоляции, возникающее короткое замыкание не единственная опасность, механизмы прямого воздействия тока молнии много разнообразнее. Важно иметь в виду, что для современной техники, перенапряжения далеко не всегда приходится измерять в сотнях киловольт, опасными могут быть кратковременные подбросы на напряжения порядка всего 10 – 100 В.

Последствия вторичных воздействий:

А. Индуцированные перенапряжения:

Это самый распространенный и самый опасный вид дистанционного воздействия молнии на электрические цепи современной техники. В основе лежит эффект электромагнитной индукции. Для примера можно отметить, что контур площадью S = 1 м2 на расстоянии rk = 1 м от проводника с током молнии может стать местом возбуждения индуцированного перенапряжения амплитудой до 20 кВ.

Важным является еще один класс ситуаций, связанный с электромагнитной индукцией в экранированных объемах. Например, с этим процессом связаны проблемы импульсных наводок на экранированные многожильные кабели.

Б. Электростатическая индукция:

Электростатическая индукция наводит заряд на любом заземленном проводнике или металлическом предмете. При близких разрядах молнии возможен подскок напряжения до 5 кВ и выше, вызвав искровой пробой в месте плохого контакта. Такой искровой пробой очень опасен, если помещение содержит взрывоопасные смети. Энергии искры хвати на поджиг.

В. Занос высокого потенциала:

Это потенциал, вносимый в защищаемое сооружение по наземным и подземным коммуникациям, когда где-то на трассе коммуникация была присоединена к заземлителю другого объекта, нагружаемого током ударившей в него молнии, или проходила близко от такого заземлителя. Если вносимый потенциал велик, он становится причиной искрового пробоя. При определенных условиях до защищаемого объекта добирается едва ли не весь ток молнии.

Г. Прорыв тока молнии по искровому каналу, скользящему вдоль поверхности грунта:

Детали механизма искрового разряда, скользящего по поверхности грунта стали известны в последние годы. С последствиями этого явления часто сталкиваются связисты. Место повреждения легко определить по борозде в земле, которая достигает десятков метров, в высокоомных грунтах – 100-200 м. Такое возможно за счет электрического поля, созданного при растекании тока молнии в грунте.

27.06.2013