Типы линейной молнии

Для молниезащиты представляет интерес только линейная молния

Такое экзотическое явление, как шаровая молния, возникает очень редко и не может быть причиной систематических аварий. Линейные молнии развиваются между облаком и землей, а также меду отдельными облаками и внутри облака.

Более полно изучены разряды между облаком и землей, которые являются основной причиной повреждения наземных сооружений. По направлению развития различают нисходящие и восходящие молнии. Нисходящие молнии возникают в грозовых облаках и развиваются по направлению к земле. Напротив, восходящие молнии возбуждаются у вершин заземленных сооружений и развиваются по направлению к облаку.

Полярность молнии принято определять по знаку заряда, переносимого от облака на землю по её каналу. Как показывают измерения, большинство молний (80-90%) независимо от их типа, орографии местности и её географической широты переносят на землю отрицательный заряд. Отрицательная молния изучена полно, её параметры известный с большей достоверностью.

Нисходящая отрицательная молния обычно состоит из трех основных стадий развития:

• Лидерная
• Главная
• Финальная

Во время лидерной стадии, длящейся миллисекунды, происходит пробой промежутка облако — земля за счет постепенного прорастания проводящего высокотемпературного канала лидера, несущего ток в сотни ампер и потенциал в десятки мегавольт. По длине канала лидера распределен электрический заряд величиной до нескольких кулон. Когда канал нисходящего лидера замыкается на землю, возбуждается переходной процесс, разряжающий лидер, как заряженную распределенную систему. Этот процесс, похожий в некоторых чертах на короткое замыкание на землю заряженной длинной линии, получил название главной стадии. Главная стадия сопровождается очень резким увеличением яркости свечения канала, мощным звуковым эффектом (громом) и, что наиболее существенно, протеканием по каналу молнии импульса тока с амплитудой до сотен килоампер и длительностью до сотен микросекунд. Именно с главной стадией связаны наиболее опасные воздействия разряда молнии.

В финальной стадии продолжается перенос заряда к земле по каналу молнии в основном за счет разрядных явлений в облаках. Процесс идет менее интенсивно, сопровождаясь током до 1000 Ампер, который протекает по каналу в течении миллисекунд.

Три перечисленные стадии образуют первую компоненту нисходящей отрицательной молнии. Как правило, разряд молнии не заканчивается на первой компоненте, за ней может следовать несколько так называемых последующих компонент. Каждая последующая компонента состоит из лидерной стадии, вновь заряжающая канал молнии, и главной стадии, его разряжающей. Следом за главной стадией, как и у первой компоненты, может иметь место финальная стадия.

Последующие компоненты используют канал между облаком и землей, оставшийся от первой компоненты. Каждая из компонент, вероятно, возникает в результате вовлечения в процесс разряда новых скоплений зарядов в грозовом облаке — заряженных грозовых ячеек.

Таким образом, траектория молнии между облаком и землей определяется лидерным процессом первой компоненты молнии. Максимальная величина тока и максимальная скорость его нарастания задаются  процессами в главной стадии первой или последующей компоненты и обуславливают перенапряжения на изоляции пораженного объекта. Длительный ток в финальной стадии молнии является одной из основных причин термического воздействия молнии.

Первая компонента восходящей отрицательной молнии состоит из лидерной и финальной стадий и не содержит главной стадии, поскольку её лидер по завершению своего развития соприкасается не с поверхностью земли, а с малопроводящим облаком. Лидер последующих компонент восходящих молний всегда продвигается по направлению к земле, а потому структура этих компонент не отличается от структуры последующих компонент нисходящей молнии.

Полная длительность разряда отрицательной молнии в зависимости от числа компонент и времени пауз между ними может варьировать от миллисекунд до секунд.

Положительная молния как более редкое явление изучена слабее. Определенно можно выделить лидерную стадию восходящей и нисходящей положительной молнии. Что же касается разделения последующих процессов на главную и финальную стадии, то его не всегда удается произвести. Положительная молния, как правило, однокомпонентна, но заряд, который ею переносится, может значительно превосходить заряд многокомпонентной отрицательной молнии.

Исследования молнии связаны с большими трудностями. Поэтому для формирования представлений о процессах её развития и разработки решений для молниезащиты , привлекаются данные о лабораторном искровом разряде, более доступном для исследования.