Рис. 1.6. Зависимость изменения амплитудных значений напряженности электрической и 111агнитной составляющих электромагнитного поля молнии при удалении от места ее разряда

нию к земле проводимостью (например, подземных грунтовых вод, кабелей связи в металлической оболочке) поблизости от места удара молнии большая часть или весь ток молнии может попасть в эту область, стремясь распространиться далее По пути с наименьшим электрическим сопротивлением (например, по оболочке кабеля). В этом случае имеет место непосредственное воздействие тока молнии па заглубленные РЭС.

Если расстояние от места удара молнии в землю до объекта с повышенной электрической проводимостью таково, что не возникает дуга и не происходит непосредственное стекание тока молнии, то эти области находятся в зоне действия повышенного потенциала, значение которого может быть приближенно определено по формуле точечного заземлителя [9]:

U = Ij2nro, (1.16);

где /м - амплитуда тока молнии. А; г - расстояние от места удара молнии до рассматриваемой точки, м.

Воздействия токов молнии .или повышенных потенциалов на заглубленные РЗС наблюдаются в непосредственной близости от места удара молнии или стекания в землю ее токов с пораженных объектов.

Область волновой зоны излучения грозовых разрядов. По мере удаления от места грозового разряда электромагнитные поля его излучения затухают по амплитуде со скоростью, обратно пропорциональной расстоянию, .изменяясь по своей качественной структуре, и для расстояний l/hl существенно отличаются от ранее описанных.

В дальнем поле излучения грозового разряда его злектрическая и магнитная составляющие начинают взаимодействовать друг с другом, образуя плоскую электромагнитную волну с соотношением электрической и магнитной компонент поля

ВД=120я= . (1.17)

Геометрия формирования плоской электромагнитной волны излучения при грозовых разрядах между облаками и на землю показана на рис. 1.7. При этом возникающие поля излучения молний могут охватывать значительные районы. Разряды . в облаке

Поверхность земли

Грозовой разряВ \ на землю

Рис. 1.7. Геометрия формирования МЭМП грозы

И В воздухе порождают довольно сложные излучения, отличающиеся по своей структуре от излучений при лрозовых зарядах на землю. Они не дают типичных импульсов, так как не имеют обратного разряда и в основном проявляются на частотах 100 кГц... ... 10 МГц [1,3].

На практике при определении создаваемой молнией ЭМО и ее характеристик выделяют две основные зоны - над землей и ниже ее поверхности. Отражение от земли существенно влияет ,на характеристики полей излучения молнии. Над землей, в результате отражения от ее поверхности, существуют пря1мая и отраженная волны, суперпозиция которых друг с другом будет приводить или к усилению, или к подавлению части спектра-МЭМП и, естественно, к изменению их амплитудно-временных характеристи.к.

Большая часть энергии поля отражается реальными почвами практически при всех углах падения. Для оиисания отраженной от поверхности земли волны можно воспользоваться известными из теории распространения радиоволн выpaжeиями для коэффициентов отражения для вертикальной и горизонтальной поляризаций волн

esinv-f-y -cos у

= -- . (1.19):

sin Y -f- у - cos у

Здесь ек=8-1-аз/(/(йБо); v - угол скольжения падающей волны, рад.

Процессы отражения электромагнитных волн от поверхности земли интересны рядом особенностей. Так, для вертикально-поляризованной волны существенным является случай ее падения под углом скольжения, близким к углу Брюстера (см. далее). Для

тангенциального же (горизонтального) электрического поля (особенно для вьгсокшроводящих грунтов) характерно обращение фазы отраженной волны, что приводит к существенному ослаблению суммарнаго лоля над землей и у ее поверхности.

Формирование ЭМО на поверхности земли и в ее толще связано с двумя процессами: отражением и преломлением электромагнитных волн иа поверхности земли и потерями в проводящем грунте.

Для характеристики полей ниже поверхности земли наиболее характерными являются два случая. Вю-первых, когда ©олна падает нчрмально или почти норм.ально к поверхности земли (электрическое и магнитное поля поляризованы горизонтально). Для отдельных гармоник нормально падающей, горизонтально-поляризованной волны (рис. 1.8,а)

£з (d) = [2 Z,/(So + Z,)] ехр (- Y d). id) = Н, [2 Со/(Со + Z,)] ехр {-у d).

(1.20> (1.21)

Здесь 22=[м./ (1 + с7з (йб)]*/2; Y=/tt{ne[l+ (аз <йБ)]}1/2 где.м.- магнитная проницаемость земли, Гн/м; е - диэлектрическая проницаемость земли, Ф/1м; d - глубина грунта, м.

Для типичных почв tfiZi, поэтому напряженность магнитного поля удваивается на поверхности земли, в то время как значение напряженности электрического поля составляет 0,01 ...0,1 значения напряженности электрического поля в свободном пространстве.

В слчае вертикально-поляризованного электрического поля (рис. 1.8,6) по мере, роста угла у амплитудное значение преломленной волны увеличивается и при угле у, известном как угол Брюстера, достигает максимума. При этом происходит максимальная передача электромагнитной энергии в землю и минимальное отражение ее от поверхности. Это надо учитывать- при определении характеристик ЭМО в земле и на ее поверхности.

Земля

Рис. 1.8. Поведение на границе воздух - земля нормально падающей горизонтально-поляризованной (а) и вертикально-поляризованной (б) электромагнитные волн