Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
относительно постоянными в течение десятков миллисекунд. Дистанционные
измерения этих магнитных полей с помощью магнетометров с малым временем
разрешения позволяют с помощью соответствующей теории определить величины
непрерывных токов. Такие измерения проводились Вильямсом и Бруком [39] и
были рассмотрены в разд. 3.5.4, 3.7.5 и 3.9. Электрические поля,
связанные с непрерывными токами, монотонно возрастают, по мере того как
отрицательный заряд медленно стекает на землю. Измерения медленных
изменений поля позволяют определить величины непрерывных токов [6] (разд.
3.7.5). Почти все измерения тока молнии во времени, за исключением
измерений Нориндера с помощью рамочной антенны, были проведены вблизи
земли и представляют ток, протекающий у основания канала молнии. Конечно,
не очевидно, что ток в канале на произвольной высоте над землей должен
быть похожим на ток, измеренный на уровне земли. Например, начальный ток,
измеренный у земли, определяется процессом пробоя между головкой лидера и
землей. Распространяющиеся вверх разряды, которые могут связывать
промежуток между землей и головкой движущегося вниз лидера, будут
регистрироваться как ток на земле. С другой стороны, начальный ток в
данной точке канала над землей (исключая ток лидера) будет определяться
главным образом формой волнового фронта возвратного удара при прохождении
этой точки. Все это необходимо принимать во внимание при обсуждении тока
молнии.
4.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
4.2.1. Приборы, использующие фигуры Лихтенберга
В 1778 г. Лихтенберг [19] описал результаты экспериментов, в которых
конденсатор разряжался через искровой промежуток, где была помещена
пластина из диэлек-
4 2 Методы измерений
157
трика, покрытая пылью. Один из электродов находился в контакте с этой
пластиной. Было установлено, что разряд создает определенные рисунки из
пыли (фигуры Лих-тенберга) и эти рисунки имеют различный характер в
зависимости от полярности электрода, присоединенного к пластине. Если
диэлектрическую пластину Лихтенберга заменить фотопластинкой (эмульсия
находится в контакте с электродом), то на обработанной фотопластинке
будут появляться фигуры, аналогичные фигурам Лихтенберга [7, 37].
В 1924 г. Петерс [29] сконструировал клидонограф - прибор для измерений
напряжений с помощью фигур Лихтенберга, вызванных этим напряжением. Это
был первый удобный прибор, предназначенный для измерений напряжений
молнии на линиях электропередач. Клидонограф состоит из закругленного
электрода (связанного с источником измеряемого напряжения), который
прижат к эмульсии фотопленки, лежащей на гладкой поверхности диэлектрика,
подложкой для которого служит металлическая пластинка второго электрода.
Фотопленка может перемещаться, что позволяет сделать несколько измерений
на одном куске пленки. Экспериментально установлено, что фигура
Лихтенберга возникает даже тогда, когда продолжительность напряжения
составляет доли микросекунды; радиус фигуры Лихтенберга зависит от
максимальной величины приложенного напряжения, а форма и конфигурация
зависит от формы приложенного напряжения. Фигуры Лихтенберга, создаваемые
отрицательным напряжением, меньше и отличаются по характеру от фигур,
создаваемых положительным напряжением. Мак-Ичрон [22] привел характерные
черты фотографических фигур Лихтенберга для напряжения различных форм
волн. Прибор, фиксирующий для данного напряжения как отрицательную, так и
положительную фигуры Лихтенберга с помощью двух регистрирующих клидоно-
графических ячеек, соединенных в параллель, называется регистратором
волны напряжения. Использование регистратора волны напряжения показало,
что измерение величины либо положительного, либо отрицательного
напряжений можно провести с помощью большей положительной фигуры
Лихтенберга. В обычных условиях точ-
158
4. Измерение тока
ность регистратора волны напряжения составляет при измерении
максимального напряжения ±25%.
Камеру Лихтенберга можно применить и для измерений тока. Если из радиуса
фигуры Лихтенберга определить максимальное падение напряжения на
известном сопротивлении, то соответствующий ток можно получить простым
делением падения напряжения на сопротивление. Это служит основой
регистратора разрядов молнии (разд. 4.1), который обычно устанавливается
на стойке вышки линии передач. В регистраторе разрядов молнии
изолированная фотопленка не связана с электродами и может быть легко
заменена в полевых условиях. Поскольку ни один электрод не имеет прямого
контакта с пленкой, полученные фигуры Лихтенберга, в отличие от фигур в
клидонографе или регистраторе волны напряжения, не могут однозначно
отображать напряжение. Более того, чтобы на основании измерения
напряжения рассчитать ток, проходящий через вышку линии передачи,
необходимо знать сопротивление участка стойки вышки, где протекает ток
молнии и установлен регистратор. Поскольку сопротивление зависит от формы
волны тока и неизвестно с достаточной точностью, токи, полученные с
