цателъных Цонах (центрах конденсации) и разделения заряженных капелек влаги в облаке под действием интенсивных восходящих воздушных потоков.

В природе, различают три основных типа грозовых разрядов [6]: линейнаяолния - имеет вид узкой полосы между облаком и землей, мемду облаками или между отдельными скоплениями объемных зарядов внутри облака; шаровая молния - ярко светящийся, .подвижный, выпуклый, относительно устойчивый сгусток плазмы, возникающий и исчезающий по мало изученным в настоящее время причинам; тихие разряды - корона, возн1Икающ.ая в местах резкой неоднородности напряженности электрического поля на выступающих заземленных предметах в предгрозовой период и во время грозы.

Линейная молния (в дальнейшем молния) встречается в природе наиболее часто и является, по сравнению с другими видами грозовых разрядов, самым распространенным источником МЭМП.

Грозовой разряд развивается по различным путям. Внутри-облачные разряды чаще всего бывают во время гроз, возникающих высоко над землей. В таких условиях молнии легче развиваться от нижней части заряженного облака к верхней или на-обо~рот, чем пройти долгий путь от основания облака, т. е. ближайшей к земле кромке, до земли. Внутриоблачные разряды нередко наблюдаются в засушливых районах, где облака выше над поверхностью земли, чем в районах с влажным климатом. Для средних широт СССР, где облака располагаются на высоте око-ко 1 ... 3 км, число внутриоблачных разрядов и разрядов между облаками и землей почти одинаково.

Поляризация Облака в процессе разделения зарядов происходит не одинаково. В 75... 85% всех случаев основание облака несет отрицательный заряд и в процессе разряда именно заряд этой полярности передается земле. При этом амплитудное значение тока молнии при отрицательной ее полярности в среднем в 1,5... 2 раза ниже, чем при положительной.

Механизм образования линейной молнии связан с постепенным накоплением разнополярных электрических зарядов на верхней и нижней частях облака и образованием вокруг него электрического поля возрастающей напряженности. Когда градиент потенциала в какой-либо точке облака достигает критического для воздуха значения (при нормальном атмосферном давлении около 3-ilO В/м), в этом месте возникает молния, которая начинается лидерной стадией и завершается обратным (главным) разрядом. Главная стадия грозового разряда и является источником МЭМП. Ввиду того, что в облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов, молния обычно бывает многократной, т. е. состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути. Средняя продолжительность главного разряда 20... 50 мкс; число повторных разрядов может колебаться от 2 до 10 и более; интервал времени между повторными разрядами 0,001 ...0,5 с.

Облако

Канал лидера

Зона ггервс/пройки канала

Канал oSpamHOBo разряда

Земля

Рис. 1Я. К определению амплитудно-временных характеристик импульса тока молнии по ГОСТ 1516.2-76

7ff t,mkg

Рис. 1.2. Отдельные стадии развития обратного разряда и соответствующее им изменение во времени тока молнии:

/ - начало лидерной стадии; 2 - последняя стадия лидерного разряда; 3 - стадия интенсивной ионизации вблизи поверхности земли; 4 - промежуточная стадия обратного разряда; б - заключительная стадия обратного разряда

На рис. 1.2 представлены отдельные стадии разряда молнии и соответствующее этим стадиям изменение во времени тока молнии.

Характеристики молнии. Как показывают измерения, разрядный ток молнии представляет собой импульс с быстрым нарастанием тока от нуля до максимума (фронт волны) и сравнительно медленным спадом (хвост волны). Поскольку на оциллограм-мах начало волны и момент максимума точно определить трудно, для удобства обработки осциллограмм действительный фронт импульса заменяется эквивалентным косоугольным (рис. 1.3). Для этого на линии фронта импульса отмечаются точки с координатами О.З/таж и 0,9/теа5с И чбрез НИХ проводится прямая линия. Ее пересечение с нулевой линией (точка Oi - условное начало импульса) и горизонтальной прямой, проведенной через точку, опре-ледяющую уровень амплитудного значения тока молнии, и выражает длительность фронта импульса тф. Длительность импульса Ти - это время от условного начала до момента, когда ток молнии на кривой спада становится равным половине своей амплитуда. Импульс тока молнии характеризуется отношением

Амплитудно-временные характеристики импульса тока молнии изменяются в широких пределах и носят вероятностный характер. Так, ток молнии изменяется от единиц до сотен килоампер. Установлено, что молнии с большой амплитудой тока возникают очень редко - ток молнии 180 кА возникает в случаях, число которых равно 0,1% от общего числа наблюдавшихся молниевых

разрядов; число случаев ударов молнии с током 80 кА составляет 4%. \

Большое влияние на максимальную амплитуду тока молнии оказывает уде]\ьное сопротивление .грунта рз- В районах с плохо-проводящими йрродами, где рз = 600... 1000 Ом-м, расчетные для грозозащиты токи будут иметь амплитуду около 15 кА. В то же время в районйх с удельным сопротивлением грунта рз = 100... ...200 Ом-м значение амплитуды тока .молнии при прочих равных условиях может быть на порядок выше, чем для районов с пло-хопроводящими породами.

По данным многочисленных наблюдений [8] при ударах молнии в землю длительность фронтов .волн колеблется в пределах от 1 до 15 мкс, а длительность импульса достигает 10... 100 мкс

На piHC. 1.4 показаны кривые вероятности процентного распределения амплитудно-временных характеристик импульсов тока молний, характерные для средних широт СССР.

Грозовой разряд облака характеризуется следующими усредненными величинами [9]:

заряд грозового облака, К . . ..... 10... 100

потенциал облака, В......... 10*... 10

ток разряда облака, А........ 10*... 2-10

время разряда, мкс . . ...... 5... 100

средняя длина молнии, м........ 10=*... У-Ю

диаметр канала молнин, м....... 0,03... 0,6

интервал времени между отдельными повторными

разрядами, с........... 0,001... 0,5

количество разрядов......... 1... 30

Важным фактором грозовой деятельности является ее интен-.сивность, которая для различных районов СССР не одинакова и, как прашло, минимальна на севере стр.аны и увеличивается по мере приближения к южным районам. В отдельных местах Евро-пейской части СССР число грозовых дней в году достигает 30... 50, а на Кавказе - 40... 50. Число разрядов, приходящихся на 1 км в год, точно не определено, для СССР оно составляет ~0,1 ...0,09..

При осуществлении мер защиты и определения ЭМО в той или иной области в качестве расчетных могут быть приняты следующие (значения основных величин [7, 10]:

амплитуда тока молнии, А....... 30 000

высота облака над землей, м...... 2000

длина канала молнин, м........ 4500

число повторных разрядов в течение одного видимого удара молнии.......... 3

длительность фронта импульса, мкс .... 2

длительность разряда молний, мкс ..... 50

общая продолжительность молнии, с .... 0,5 ;

число разрядов на 1 км в год...... 0,1

Наибольшие значения амплитуд в спектре излучения молнии соответствуют частотам 300... 20 ООО Гц.