Введение. 
Молниезащита и заземление

Безаварийная работа электроустановок промышленных предприятий обеспечивается выполнением комплекса организационных и технических мероприятий. Важное место среди них занимает защита объектов от прямого и непрямого воздействия грозовых разрядов. В настоящее время проблема молниезащиты и защиты от перенапряжений приобретает все большую актуальность в связи с тем, что в электрических сетях возрастает количество потребителей, чувствительных к импульсам перенапряжений и электромагнитным помехам [1], а также из-за высокой стоимости оборудования подстанции и сложности устранения последствий прямого попадания молнии.

Безупречная работа молниезащиты достигается при детальной проработке и реализации систем внешней и внутренней защиты. Малейшее отклонение в координации этих систем может стать причиной возникновения опасных перенапряжений и электромагнитных помех, приводящих к сбою в работе оборудования или выходу его из строя [1].

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОЛНИИ

Молния представляет собой электрический разряд в атмосфере между облаком и землей (или между разноименно заряженными частями облаков). Разряду молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в грозовых облаках, происходящий в результате возникновения в облаках мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров [2].

По мере концентрации зарядов увеличивается напряженность электрического поля вблизи облака. Когда она достигает критической величины (порядка 30 кв/см), начинается ионизация воздуха (процесс образования заряженных частиц — ионов и электронов, в результате чего воздух становится электропроводящим) и по направлению к земле начинает развиваться разряд. В этой начальной (лидерной) стадии молния представляет собой относительно медленно (со скоростью в среднем см/сек) развивающейся по направлению к земле слабо светящийся канал (лидер), окруженный достаточно обширной зоной ионизации, которая заполняется зарядами, стекающими из облака. Распределенный вдоль канала заряд связывает на поверхности земли и на расположенных на ней объектах, например на металлической мачте, заряды другого знака. По мере приближения головки разряда к земле повышается напряженность электрического поля на вершине возвышающегося над поверхностью земли объекта и с него может начать развиваться встречный канал разряда (встречный стример). Зона ионизации встречного стримера заполняется стекающими с вершины мачты зарядами, имеющими знак, обратный зарядам лидера. В большинстве случаев заряд облака и лидера имеет отрицательную полярность, а заряд встречного стримера — положительную. Длина встречного стримера с объектов высотой до 100 м имеет величину до 20−30 м [2].

Когда головки лидера и встречного стримера соприкасаются, начинается главная стадия разряда. Во время этой стадии происходит нейтрализация зарядов в основном в зоне ионизации лидера. Процесс этот распространяется в направлении от земли к облаку, со скоростью порядка см/сек и сопровождается сильным свечением канала разряда. По каналу в течение очень короткого времени (до 100 мксек) протекает весьма большой ток, разогревающий канал до температуры порядка 10 000 и больше. При нагревании канал быстро расширяется, что вызывает распространение в окружающем воздухе ударной волны, имеющей на своем фронте высокое давление [2].

Часто по одному и тому же каналу происходит несколько разрядов молнии (до 20), во время которых разряжаются на землю скопления зарядов, расположенные в разных местах по высоте облака. Это явление воспринимается нами как мерцание молнии. Такая молния может длиться до 1 сек [2].

Стекание зарядов в зону ионизации встречного стримера, развивающегося с мачты, а также протекание по мачте зарядов, нейтрализующих заряд лидера и облака, образует электрический ток в мачте, который может быть зарегистрирован электронным осциллографом. Величина этого тока изменяется на разных стадиях разряда. Во время начальной стадии течет очень небольшой по величине ток (десятки сотни ампер). Во время главной стадии за 3−10 мксек величина тока возрастает до многих тысяч ампер, затем постепенно падает. На заключительной стадии разряда происходит нейтрализация оставшихся зарядов в облаке, ток в этой стадии опять имеет относительно небольшую величину [2].

Током молнии обычно называют кратковременный (до 100 мксек) пик тока, протекающего во время главной стадии разряда [2].

Максимальная зарегистрированная амплитуда тока молнии составляет 200−230 кА. Но молнии с такими токами возникают редко. Наиболее часто встречаются молнии с током порядка 20 кА .

При разряде молнии в землю могут поражаться различные объекты, в частности, воздушные линии электропередач и подстанции. Протекание тока молнии через объект вызывает возникновение волны напряжения молнии, которая может пробить и разрушить изоляцию электротехнических устройств [2].