ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

  Атмосферное  электричество  образуется  и  концентрируется  в  облаках  —
образованиях из мелких водяных  частиц,  находящихся  в  жидком  и  твердом
состоянии.
  Площадь океанов и морей составляет 71 % поверхности земного шара.  Каждый
1 см2 поверхности Земли в течение года в среднем получает 460 кДж солнечной
энергии. Подсчитано, что из этого количества 93 кДж/(см*год) расходуется на
испарение воды с поверхности водных бассейнов.  Поднимаясь  вверх,  водяные
пары  охлаждаются  и  конденсируются  в  мельчайшую   водяную   пыль,   что
сопровождается   выделением   теплоты    парообразования   (2260    кДж/л).
Образовавшийся избыток внутренней энергии частично расходуется  на  эмиссию
частиц с поверхности мельчайших водяных капелек. Для от
  деления от молекулы воды протона (Н)  требуется  5,1  эВ,  для  отделения
электрона —12,6 эВ, а для отделения молекулы от кристалла  льда  достаточно
0,6 эВ, поэтому основными эмитируемыми частицами являются молекулы  воды  и
протоны. Количество  эмитируемых  протонов  пропорционально  массе  частиц.
Результирующий поток протонов всегда направлен от более крупных  капелек  к
мелким. Соответственно более  крупные  капельки  приобретают  отрицательный
заряд, а мелкие — положительный. Чистая вода — хороший диэлектрик и  заряды
на поверхности капелек сохраняются длительное время. Более крупные  тяжелые
отрицательно заряженные капельки образуют  нижний  отрицательно  заряженный
слой облака. Мелкие легкие капельки  объединяются  в  верхний  положительно
заряженный   слой   облака.   Электростатическое   притяжение   разноименно
заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого.
   Эмиссия  протонов  возникает  дополнительно  при  кристаллизации  водяных
 частиц (превращении их в снежинки, градинки), так как при  этом  выделяется
 теплота плавления, равная 335 кДж/л.  При  соударениях  капелек,  снежинок,
 градинок работа ветра в конечном  счете  приводит  к  эмиссии  протонов,  к
 изменению величины заряда частиц. Следовательно, атмосферное  электричество
 (АтЭ)  и  статическое  электричество  (СтЭ)  имеют  одинаковую   физическую
 природу. Различаются они масштабом образования зарядов и знаком эмитируемых
 частиц (электроны или протоны).
   О единстве природы АтЭ и СтЭ свидетельствуют опытные данные. Сухой  снег
 представляет собой типичное сыпучее тело; при трении снежинок друг о  друга
 и их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться, что и
 происходит в действительности. Наблюдения на  Крайнем  Севере  и  в  Сибири
 показывают, что при низких  температурах  во  время  сильных  снегопадов  и
 метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, в
 облаках снежной пыли бывают видны синие и фиолетовые  вспышки,  наблюдается
 свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень  ;ильные
 метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подк:лючаемые  к
 ним электролампочки светятся полным накалом. Те же явления  наблюдаются  во
 время сильных пыльных (песчанных) бурь.
  Наличие  множества  взаимодействующих  факторов  дает   сложную   картину
распределения зарядов АтЭ в  облаках  и  их  частях.  По  экспериментальным
данным нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, а верхняя
— положительный, но может иметь место и противоположная  полярность  частей
облака. Облака могут также нести преимущественно заряд одного знака.
  Заряд облака (части облака)  образуют  мельчайшие  одноименно  заряженные
частицы  воды  (в  жидком  и  твердом  состоянии),  размещенные  в   объеме
нескольких км3.
  Электрический потенциал грозового  облака  составляет  десятки  миллионов
вольт, но может достигать 1  млрд.  В.  Однако  общий  заряд  облака  равен
нескольким кулонам.
  Основной формой релаксации зарядов  АтЭ  является  молния—  электрический
разряд между облаком и землей или между облаками (частями облаков). Диаметр
канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии  составляет  десятки
килоампер, но  может  достигать  100  кА,  температура  в  канале    молнии
равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.
  Молния является мощным поражающим опасным фактором.  Прямой  удар  молнии
приводит к механическим раз-рушениям зданий,  сооружений,  скал,  деревьев,
вызывает пожары и взрывы, является прямой  или  косвенной  причиной  гибели
людей. Механические разрушения вызываются мгновенным  превращением  воды  и
вещества в  пар  высокого  давления  на  путях  протекания  тока  молнии  в
названных объектах. Прямой  удар  молнии  называют  первичным  воздействием
атмосферного электричества.
  К   вторичному   воздействию   АтЭ    относят:    электростатическую    и
электромагнитную индукции; занос высоких потенциалов в здания и сооружения.
   Рассмотрим опасные факторы  вторичного  воздействия  АтЭ.  Образовавшийся
электростатический    заряд    облака    наводит    (индукцирует)     заряд
противоположного знака на предметах, изолированных от  земли  (оборудование
внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП,  радиосети  и
т. п.). Эти заряды сохраняются и после удара молнии. Они релаксируют обычно
путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы,  что  может
вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и  взрывы.  В
этом заключается опасность электростатической индукции.
   Явление электромагнитной  индукции  заключается  в  следующем.  В  канале
молнии протекает очень мощный и быстро  изменяющийся  во  времени  ток.  Он
создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле  индуцирует
в металлических контурах электродвижущую силу  разной  величины.  В  местах
сближения контуров между  ними  могут  происходить  электрические  разряды,
способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм.
   Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого  удара
молнии в металлокоммуникации, расположенные на уровне земли или над ней вне
зданий, но входящие внутрь зданий. Здесь под металлокоммуникациями понимают
рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП  и  т.  п.  Занесение
высоких потенциалов внутрь здания сопровождается  электрическими  разрядами
на заземленное оборудование, что может  привести  к  воспламенению  горючих
смесей и электротравматизму людей.



                    ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

  Требуемая степень защиты  зданий,  сооружений  и  открытых  установок  от
воздействия атмосферного  электричества  зависит  от  взрывопожароопасности
названных объектов и обеспечивается правильным выбором категории устройства
молниезащиты и типа зоны защиты объекта от прямых ударов молнии.

Разместил: Гость Прочитано: 2217