1.6. Опасные воздействия молнии.
1.6.1. Последствия прямого удара.
В случае прямого удара ток молнии проходит по проводящим конструкциям пораженного объекта, а горячий канал контактирует с конструктивным элементом, который принял молнию на себя.
Термические воздействия молнии наиболее опасны в случае и в месте контакта высокотемпературного канала с горючими материалами. Следствием такого соприкосновения может стать пожар. Он наиболее вероятен при большой длительности стадии непрерывного тока. Поджиг во время главной стадии маловероятен даже для самых мощных разрядов, потому что сильная ударная волна срывает пламя и сдувает продукты горения. Негорючие диэлектрические материалы, встретившиеся на пути лидера молнии, могут быть сначала пробиты в сильном электрическом поле лидерной головки, а затем, во время главной стадии и в стадии непрерывного тока, проплавлены в местах контакта с горячим каналом.
Проплавления и прожоги часто встречаются и в точках контакта канала молнии с металлическими поверхностями не слишком большой толщины (до нескольких миллиметров).
Размеры отверстий или каверн от оплавления обычно бывают того же порядка. Фотография на рис. 1.7 показывает следы многочисленных ударов молнии на стальном наконечнике Останкинской телебашни. Столь малые повреждения сами по себе не могут нарушить механической прочности массивной металлоконструкции. Обычно опасность прожогов и проплавлений связывают с прорывом раскаленного металла во внутренние объемы объекта, где могут находиться легко воспламеняющиеся или взрывоопасные материалы, и газовые смеси. Впрочем, опасен не только прожог металлической стенки, но и ее локальный перегрев, при котором температура на внутренней поверхности металла может подняться до 700-1000 °С. Такая раскаленная зона, к сожалению, успешно выполняет роль зажигалки.
Термические разрушения проводников, по которым течет ток молнии, происходят сравнительно редко. Повреждения такого рода характерны, например, для миниатюрных антенн или различного рода датчиков, размещенных на внешних конструкциях объекта. Вероятность аварийной ситуации возрастает, если на пути тока молнии встречаются болтовые или заклепочные соединения. Для образующегося таким образом электрического контакта всегда характерно повышенное переходное сопротивление, где возможен локальный перегрев. В результате металл отпускается, а заклепки слабеют, нарушая механическую прочность соединения. Аналогичная ситуация отличает подвижные соединения (шарниры, шаровые опоры и т.п.).
Область скользящего контакта становится областью локального перегрева. Образующиеся каверны затрудняют скольжение взаимно перемещающихся деталей. В особо неблагоприятных условиях они могут свариваться.
Электродинамические воздействия тока молнии опасны редко. Механические усилия, которые могут возникнуть в нагруженных током близко расположенных металлоконструкциях или в уединенной конструкции с резко меняющимся направлением тока, не столь уж значительны.
Тем не менее не раз наблюдались сужения тонких металлических трубок, после того как по ним проходил ток молнии, изменение угла наклона стержней, деформация тонкостенных поверхностей. Хотя само по себе все это не жизненно опасные повреждения, при определенных условиях может возникнуть цепочка связей, ведущая к катастрофе. Как пример, достаточно представить себе, что поврежденная трубка была элементом датчика скорости авиалайнера, а экипаж перед посадкой не проявил бдительности, руководствовался ложными показаниями прибора, да к тому же не получил во время корректирующих указаний от наземной диспетчерской службы.
Разобранная аварийная ситуация менее опасна, чем прямой удар в провод, где при равных токах молния возбуждает на порядок более высокое перенапряжение. Изоляция линий сверхвысокого напряжения, которая выдерживает кратковременные перенапряжения до 1000-1500 кВ, от удара молнии в опору (или в молниезащитный трос) страдает редко. Для этого молния должна иметь ток в 3-5 раз больше среднего. Такие мощные молнии — редкость, их меньше 1 %. Иное дело распределительные сети с рабочим напряжением 35 кВ и ниже. Их изоляция почти с равной вероятностью страдает от ударов молнии и в провод, и в опору. Защищать такую линию тросами не имеет смысла.
Пробой изоляции вследствие подброса потенциала опоры называют обратным перекрытием. В названии нет намека на направление развития канала искрового разряда; оно указывает только на место повышения потенциала, в данном случае — со стороны заземленного конца гирлянды изоляторов, а не со стороны высоковольтного провода.
Пример е перенапряжениями на изоляции воздушной линии электропередачи в какой-то мере уже демонстрирует разнообразие механизмов прямого электрического воздействия тока молнии. На самом деле эти механизмы много разнообразней. Важно иметь в виду, что для современной техники перенапряжения далеко не всегда приходится измерять в сотнях киловольт, как в случае линий электропередач. Для новейших устройств микроэлектроники опасными могут быть кратковременные подбросы напряжения всего на 10-100 В. В этой связи особо интересны ситуации, связанные с распространением тока молнии по сплошным металлическим оболочкам, внутри которых размещены электрические цепи. Класс таких задач подробно рассмотрен в разд. 6.2.
