Грозовые разряды

Воздушная оболочка вокруг земного шара состоит из нескольких слоев: тропосфера (верхняя граница 7 - 18 км), стратосфера (высота от 7 - 18 км над землей – до 80 км), ионосфера (от 80 до 900 км). Ионосфера – хорошо проводящая среда, являющаяся как бы обкладкой огромного сферического конденсатора, второй обкладкой которого служит шаровая поверхность земли; воздушную среду между ними можно рассматривать в качестве диэлектрика. Верхняя обкладка (ионосфера) заряжена положительно, земная поверхность – отрицательно. Напряженность электрического поля такого природного конденсатора неравномерна из-за разной плотности воздуха, у поверхности земли она составляет 120 В/м. Напряженность электрического поля в атмосфере меняется и зависит от наличия заряженных облаков.

Общая величина напряженности электрического поля у поверхности земли может достигать 5000 В/м и выше. При критических разностях потенциалов между облаком и землей (свыше 10⁹ В) возникает электрический разряд, т.е. молния.

На рис. 1.5, а изображено прямое попадание молнии в кабель без пробоя изоляции жил.

Линия 1 – оболочка кабеля, 2 – две жилы кабеля.

Рис. 1.5. Прямое попадание тока молнии в кабель

При попадании молнии в оболочку кабеля, ток растекается влево и вправо и индуктирует в кабеле ЭДС (U_об-ж – между оболочкой и жилой, U_ж-ж – между жилами) и токи i_ж. Эти ЭДС могут быть опасны для изоляции жил кабеля и подключенной к ним аппаратуры. Если при этом изоляция между оболочкой и жилами пробьется, то ток молнии попадет и в жилы (рис. 1.5, б), при этом в месте удара молнии напряжения U_об-ж = 0, U_ж-ж = 0, в отдаленных местах эти ЭДС могут достичь опасных значений.

На рис. 1.6 показаны случаи косвенного действия разрядов молнии.

Рис. 1.6. Косвенное действие разряда молнии

При ударе молнии в дерево разряд по его корням может пройти в кабель (рис. 1.6, а). Расстояние а, которое перекрывается электрической дугой молнии, возрастает с увеличением удельного сопротивления земли.

Второй случай косвенного действия изображен на рис. 1.6, б: при разряде молнии между облаками ток индукцирует в кабеле (и воздушных линиях) ЭДС, которые пропорционально величинам и .