6. Грозовые (атмосферные) перенапряжения

6.1.Интенсивность грозовой деятельности

Интенсивность грозовой деятельности на территории России и других стран мира может быть самой различной. Как правило, количество гроз в течение года минимально в северных районах и постепенно увеличивается к югу, где повышенная влажность воздуха и высокая температура способствуют образованию грозовых облаков. Однако эта тенденция не всегда соблюдается, существуют очаги интенсивной грозовой деятельности в средних широтах , где создаются благоприятные условия для формирования местных гроз. Интенсивность грозовой деятельности принято характеризовать числом грозовых дней в году n_Д или общей годовой продолжительностью гроз в часах n_Ч. Средняя продолжительность грозы 1,5ч, поэтому между этими характеристиками существует приближенная связь n_Ч1,5n_Д. Число грозовых дней или часов в году определяется по данным метеорологических станций размещенных на территории России. Систематизация многолетних данных этих станций позволила для некоторых районов России составить карты грозовой деятельности, на которых наносятся линии равной продолжительности гроз.

Продолжительность гроз в течение года определяет количество разрядов молнии в единицу поверхности земли. По имеющимся данным в районах, с 20 грозовыми днями в году 1 км² поверхности земли поражается разрядами молнии в среднем 2—3 раза в год, или около 0,1 - 0,15 раза за 1 грозовой день.

Эти данные позволяют оценить частоту поражения молнией различных объектов. Например, в следующем разделе будет показано, что вертикальный металлический стержень высотой h принимает на себя все разряды молнии, которые должны были бы поразить поверхности земли, находящуюся внутри круга, радиусом 3,0—3,5 h. При h=30м защищаемая площадь равна около 35000 м² или 0,035км² и в районе с 20 грозовыми днями в году этот объект будет поражаться молнией приблизительно 1 раз в 15 лет.

6.2.Защита от прямых ударов молнии с помощью молниеотводов

Молниеотводы как средство защиты от прямых ударов молнии при- менялись задолго до начала нашей эры, но получили всеобщее признание только в середине XVIII в. в результате работ Франклина и Ломоносова.

Каждый молниеотвод состоит из молниеприемника, возвышающегося над защищаемым объектом, заземлителя и токоотводящих спусков, соединяющих молниеприемник с заземлителем. По типу молниеприемников различают стержневые и тросовые молниеотводы.

Хорошее заземление молниеотвода является необходимым усло­вием надежной защиты, так как при ударе молнии в плохо заземленный молниеотвод на нем образуется весьма высокое напряжение, способное вызвать пробой с молниеотвода на защищаемый объект. В начале широкого применения молниеотводов (XVIII в.), когда на величину сопротивления заземления не обращали серьезного внимания, не­редки были случаи пожаров, вызванных разрядами молнии в мол­ниеотводы, которые в таких случаях могут играть даже вредную роль. Не меньшее значение имеет осуществление надежных электрических соединений между всеми частями молниеотвода, так как при прохож­дении тока молнии в местах плохих контактов возникает интенсивное искрение, которое также может привести к пожару.

Защитное действие молниеотводов основано на том, что заряды, скап­ливающиеся на его вершине в лидерной стадии разряда молнии, со­здают наибольшие напряженности поля на пути между головкой лиде­ра и вершиной молниеотвода, куда и направляется разряд. Высота над поверхностью земли, при которой лидерный разряд окончательно ориентируется на один из земных объектов, называется «высотой ориентировки молнии» (H), которая в первую очередь зависит от высоты молниеотвода h. Принято считать, что для молниеотводов высо­той до 30 м Н = kh, причем коэффициент пропорциональности k имеет порядок 10—20.