Токи молнии
Значение токов молнии
Токи молний являются необходимыми величинами, которые используют при проектировании и расчетах механических, термических воздействий на систему молниезащиты. Значение токов молнии в свою очередь так же важны для выбора средств защиты от электромагнитных воздействий (выбор и установка УЗИП — устройство зашиты от импульсных перенапряжений).
Физика процесса токов молнии
Токи молнии являются основной причиной повышения потенциалов в месте прямого удара молнии (ПУМ) и на всех металлических конструкциях, электрически связанных с местом удара молнии и контуром заземления. Высокие напряжения возникают на участках электрических контуров, по которым протекает ток молнии или его часть. Значения повышенного потенциала и возникновение высоких напряжений прямо пропорциональны активному сопротивлению и индуктивности контура растекания токов молнии.
В месте удара возникает мощный тепловой поток, который определяется током и падением напряжения в около электродной области, которое не изменяется во времени и не зависит от тока. Тепловой поток, поступающий в металл в месте ПУМ, прямо пропорционален проходящему заряду.
Нагрев металлических элементов, по которым протекает ток молнии, определяют произведением активного сопротивления и так называемой удельной энергией тока молнии, представляющей интеграл квадрата тока по времени.
Классификация воздействий токов молнии
Для каждого уровня молниезащиты определены предельно допустимые параметры тока молнии. Данные, приведенные в нормативе, относятся к нисходящим и восходящим молниям.
Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов
| Уровень защиты | Надежность защиты от ПУМ |
| I | 0,98 |
| II | 0,95 |
| III | 0,90 |
| IV | 0,80 |
По желанию заказчика в проект может быть заложен уровень надежности, превышающий предельно допустимый.
Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимают это соотношение равным 10% для разрядов с положительными токами и 90% для разрядов с отрицательными токами. В горной местности из-за сокращения расстояния от земли до облаков амплитудные значения токов молнии уменьшаются примерно в два раза.
Механические и термические действия молнии обусловлены пиковым значением тока I, полным зарядом Qполн, зарядом в импульсе Qимп и удельной энергией W/R. Наибольшие значения этих параметров наблюдаются при положительных разрядах. Повреждения, вызванные индуцированными перенапряжениями, обусловлены крутизной фронта тока молнии, которая оценивается в пределах 30% и 90% от уровней наибольшего значения тока. Наибольшее значение этого параметра наблюдается в последующих импульсах отрицательных разрядов.
При выборе молниезащиты необходимо считаться со следующими параметрами токов молнии:
- максимальное значение тока молнии и изменение тока во времени;
- наибольшая крутизна тока;
- заряд, переносимый током;
- удельная энергия.
Соответствие параметров тока молнии и уровней защиты
| Параметры молнии | I | II | III, IV |
| Пиковое значение тока I, кА | 200 | 150 | 100 |
| Полный заряд Qполн, Кл | 300 | 225 | 150 |
| Заряд в импульсе Qимп, Кл | 100 | 75 | 50 |
| Удельная энергия W/R, кДж/Ом | 10 000 | 5 600 | 2 500 |
| Средняя крутизна di/dt30/90%, кА/мкс | 200 | 150 | 100 |
Параметры токов молнии для защиты от импульсных перенапряжений
Кроме механических и термических воздействий ток молнии создает мощные импульсы электромагнитного излучения, которые являются причиной повреждения бытовой и компьютерной техники с высокой электрической проницаемостью.
Удар молнии может содержать либо единственный импульс тока, либо состоять из последовательности импульсов, разделенных промежутками времени, за которые протекает слабый сопровождающий ток.
Параметры импульса тока первого компонента существенно отличаются от характеристик импульсов последующих компонентов.
Параметры первого импульса тока молнии к уровню защиты
| Параметры тока | I | II | III, IV |
| Максимум тока I, кА | 200 | 150 | 100 |
| Длительность фронта T1, мкс | 10 | 10 | 10 |
| Время полуспада Т2, мкс | 350 | 350 | 350 |
| Заряд в импульсе Qсум*, Кл | 100 | 75 | 50 |
| Удельная энергия в импульсе W/R**, МДж/Ом | 10 | 5,6 | 2,5 |
Параметры последующего импульса тока молнии
| Параметры тока | I | II | III, IV |
| Максимум тока I, кА | 50 | 37,5 | 25 |
| Длительность фронта T1, мкс | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
| Время полуспада Т2, мкс | 100 | 100 | 100 |
| Средняя крутизна а, кА/мкс | 200 | 150 | 100 |
Внешняя молниезащита зданий и сооружений с нормированным или увеличенным количеством токоотводов выполняет функцию снижения токов молний и отвода их к контуру заземления.
Внутренняя молниезащита дома представленная УЗИП I, II, III класса выполняет функцию снижения остаточных импульсных токов молнии до 2-1.5 Кв. Эти значения безопасны для бытовой техники и компьютерного оборудования.
Во избежание ошибок защиту зданий и сооружений от токов молний следует доверить специалистам. Наша организация занимается проектированием и установкой систем молниезащиты всех видов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Наши специалисты подберут для вас оптимальное решение и реализуют его на объекте по приемлемой стоимости.