Тепловые и механические воздействия молнии

Хорошо известно, что удары молнии в наземные объекты часто сопровождаются пожарами и механическими разрушениями. Естественно, что средства защиты от молнии (молниеотводы, заземлители) должны выдерживать удары молнии самой большой интенсивности.

Количество тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении тока многократной молнии, состоящей из m единичных разрядов, приблизительно равно:

(10.9)

где I_k, q_k, — средний ток, кА, и переносимый в землю заряд, Кл, во время k-го единичного разряда; I_ср — средний ток многократной молнии, кА; q_k — общий заряд многократной молнии, Кл; r — активное сопротивление проводника с учетом поверхностного эффекта.

Температура, °С, до которой нагревается проводник, определяется как

(10.10)

где s — сечение проводника, м²; l — длина проводника, м; γ — удельная масса проводника, кг/м³; с — удельная теплоемкость, кДж/(кг∙°С); ρ — удельное сопротивление проводника, Ом∙м; k — коэффициент, учитывающий влияние поверхностного эффекта.

Минимальное сечение проводника, обеспечивающее отсутствие его разрушения при прохождении тока молнии, обычно принимается равным 50 мм². Стальной проводник с таким сечением в течение 1 с нагревается до нескольких сотен градусов при наиболее интенсивных разрядах.

При прохождении тока молнии по системе проводников между ними возникают механические силы, которые могут быть подсчитаны по обычным формулам. Даже при наибольших токах молнии эти силы совершенно недостаточны для деформации опор линий электропередачи или молниеотводов.

При ударах молнии в объекты с плохой проводимостью (деревянные опоры, деревья, кирпичные здания и др.) могут возникать серьезные разрушения. Это связано с тем, что ток молнии преимущественно проходит по путям повышенной проводимости, которые обычно возникают во внутренних частях объекта благодаря его увлажнению. За счет нагревания и испарения влаги током молнии внутри объекта происходит резкое увеличение давления, которое и приводит к его разрушению.