Теоретические сведения

Одной из особенностей земной атмосферы является, непрерывное взаимное перемещение разноименно заряженных ионов между земной поверхностью иионосферой. В ясную погоду ноны достигают поверхности Земли или ионосфе­ры, взаимодействуют с ионами противоположного знака и нейтрализуются. В пасмурную погоду свободному дрейфу препятствуют облака, состоящие из кри­сталлов льда с высоким электрическим сопротивлением. Ионы оседают на обоих поверхностях облака, при этом нижняя сторона облака и земная поверхность приобретают разноименные электрические заряды, в результате чего образуется конденсатор, обкладками которого являются облако и Земля, а диэлектриком -воздух. Поскольку дрейф иоиов происходит постоянно, то величина электриче­ского потенциала между обкладками конденсатора непрерывно возрастает и может составлять более 1 млрд. В.

При грозе толщина диэлектрического слоя в конденсаторе относительно мала, поскольку грозовые облака расположены значительно ниже облаков других ти­пов, а сопротивление диэлектрика снижено, т.к. воздух насыщен водяными па­рами и каплями. В результате может произойти электрический пробой воздуш­ного промежутка между облаком и землей - молния. Пробой наиболее вероятен там, где величина промежутка минимальна, поэтому чаще всего разряд молнии попадает в наиболее высокие объекты, имеющие контакт с землей.

Разряд молнии начинается с развития лидера - слабо светящегося канала с током в несколько сот ампер. По мере продвижения его к земле с наземных объек­тов могут возбуждаться встречные лидеры. После установления сквозного лидерного канала следует главная стадия разряда - быстрая нейтрализация зарядов лидера, сопровождающаяся ярким свечением, нарастанием тока до сотен тысяч ампер, разогревом канала молнии до десятков тысяч градусов и ударным расши­рением, воспринимаемым как раскат грома. Кроме того, при быстром перемеще­нии заряженных частиц возникает сильное электромагнитное поле, стягивающее диаметр канала до 1-2 см, чем объясняется высокая плотность тока в молнии. Суммарное время вспышки молнии составляет в среднем 0,2 с, в редких случаях может доходить до 1,5 с.

По направлению движения лидера молнии делятся на восходящие и нисходящие. Более 90% молний являются нисходящими. Восходящие молнии на равнинной местности поражают обьекты высотой более 150 м, в горных районах - сооружения меньшей высоты и наблюдаются чаще. Нисходящие молнии перено­сят больший заряд (до 100 Кл) и характеризуются большими значениями токов, поэтому требования к конструкции и размерам молниезащиты [1] составлены с учетом параметров, соответствующих не менее 99% нисходящих молний.