Использование все более совершенных, более дорогих и технически совершенных электрических, электронных и фотоэлектрических устройств делает необходимым анализ риска поражения электрическим током в результате прогрессирующего изменения климата, грозовых разрядов и связанных с ними скачков напряжения.
При этом следует всегда помнить, что современные технические решения в большинстве случаев основаны на системах, управляемых компьютером. Номинальное рабочее напряжение компьютерных систем с каждым годом все больше и больше снижается из-за, в частности, для экономии энергии. В настоящее время эти напряжения составляют порядка нескольких вольт. Следует отметить, что технический прогресс относительно снижает устойчивость устройств к скачкам напряжения, а их выход из строя влечет за собой очень большие финансовые потери. Это требует использования более эффективной защиты электрических и электронных устройств от воздействия перенапряжений, в том числе за счет использования соответствующих решений для защиты от грозовых разрядов, многоступенчатых систем ограничения перенапряжений и т. д
Объяснение явлений и механизмов возникновения скачков молнии и связанных с этим угроз безопасности в зданиях
В общем, различают два типа гроз: фронтальные и тепловые.
Первые из них образуются на границе столкновения масс теплого и холодного воздуха и этих масс со склонами местности. При ударе влажный теплый воздух поднимается на большую высоту, создавая грозовую тучу. Это явление очень обширное. Он может преодолевать сотни километров и двигаться со скоростью более 50 км/ч. Это явление характерно для умеренного климата, но оно не сопровождается высокой плотностью молний. Более интенсивны тепловые бури, которые образуются под действием сильного нагрева и подъема вверх, даже до 15 км, нижних масс влажного воздуха (рис. 1).
В верхних слоях атмосферы воздух сильно охлаждается и содержащийся в нем водяной пар конденсируется, а затем частицы воды замерзают при температурах, доходящих до 50°C в самых верхних частях. Поднимающийся воздух сопровождается сильной турбулентностью. Эти процессы образуют наэлектризованное грозовое облако.
Когда напряженность электрического поля в заряженном грозовом облаке достигает локально критического значения 1 кв/см, так называемый лед начинает образовываться из капель дождя или кристаллов льда. начальные разряды, инициирующие канал разряда молнии (рис. 2а ). Канал молнии создается внезапно и может развиваться по направлению к земле или по направлению к заряду противоположной полярности, накопленному в облаке, создавая разряд между облаками. Напряженность электрического поля может стать критической не только в облаке, но и вблизи земли, например, наверху металлической мачты или высокого здания. Затем идет развитие так называемого нижний слив.
Наличие множества центров отрицательного заряда в грозовом облаке означает, что процесс разряда не заканчивается одним основным разрядом. Обычно за этим следуют последовательные разряды компонентов с интервалом в несколько десятков миллисекунд. Процент единичных сбросов оценивается примерно в 20%. Максимальное количество разрядов компонентов составляет 40-50, в то время как среднее количество оценивается в 3-4.
После удара молнии следует ожидать термических и механических повреждений, возгорания легковоспламеняющихся и взрывоопасных материалов, удара человека. Эти эффекты могут быть вызваны как прямым влиянием тока молнии, так и вызванными им электромагнитными связями и, как следствие, индуцированными токами и перенапряжениями
