RU2152695C1

RU2152695C1 - Universal method for protection against linear, beaded and ball lightning

Info

Publication number: RU2152695C1
Application number: RU96118731A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Игнатов
Original assignee: Игнатов Борис Николаевич
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: goal of invention is achieved by additional operation of generation of magnetic field in region about object to be protected, and mounting metal magnetic dipole on standard diverter of lightning rod. Intensity of magnetic field in the said region is greater than intensity of Earth geomagnetic field. Magnetic dipole attracts lightning balls that appear in its vicinity and destroys them. EFFECT: protection against all known lightning types, protection against ball lightning permeation, increased reliability of protection. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, но преимущественно к системам грозозащиты как стационарных, так и мобильных объектов, например самолетов, от прямого поражения всеми известными типами молний, к которым относятся линейные, четочные и шаровые [1-5]. The invention relates to the field of electrical engineering, but mainly to lightning protection systems of both stationary and mobile objects, such as airplanes, from direct damage by all known types of lightning, which include linear, clear and ball [1-5].

Известны способы и устройства для реализации защиты различных объектов, находящихся на Земле, на море и в воздухе, от их прямого поражения всеми типами молний, которые в настоящее время широко используют во всем мире. Все они основаны на общеизвестном свойстве линейной молнии избирательного поражения заземленных и возвышающихся над поверхностью Земли предметов. Надежность защиты ими объектов при прямом ударе линейной молнии не хуже 0,95 [2]. Кстати, по неизвестным пока причинам эти же методы с такой же надежностью защищают объекты и от прямого поражения довольно-таки редко наблюдающимся видом - четочной молнией [4]. Однако этого нельзя сказать о защите объектов от непредсказуемого их поражения шаровыми молниями и тем более от их очень частого проникновения в них. Known methods and devices for implementing the protection of various objects located on Earth, at sea and in the air, from their direct defeat by all types of lightning, which are currently widely used throughout the world. All of them are based on the well-known property of linear lightning of selective destruction of grounded and towering objects above the Earth's surface. Reliability of protection of objects by them during direct impact of linear lightning is not worse than 0.95 [2]. By the way, for reasons unknown so far, these same methods with the same reliability protect objects from direct damage by a rather rarely observed species - clear lightning [4]. However, this cannot be said about the protection of objects from their unpredictable defeat by ball lightning, and even more so from their very frequent penetration into them.

В качестве простого способа защиты объекта от прямого поражения или проникновения в него шаровой молнии рекомендуется устанавливать, например, над выходными отверстиями печных или каминных труб металлические заземленные сетки с площадью ячейки не более 4 см² и толщиною проволоки 2 - 2,5 мм. Кроме этого, во время грозы следует закрывать двери, окна, форточки и другие отверстия, через которые шаровая молния может беспрепятственно проникать внутрь помещения (объекта). Эти меры должны особенно тщательно осуществляться в огнеопасных помещениях [1]. Но как показала практика, данный способ защиты объекта от непредсказуемого прямого поражения или проникновения в него шаровой молнии мало эффективен. И это при том, что частота появления шаровой молнии почти одного порядка с частотой возникновения обычных линейных молний [3, с. 313], параметры их поражающих факторов одинаково опасны как для объектов, так и для людей, находящихся в них. Чтобы понять и обосновать неэффективность существующих систем грозозащиты от прямого поражения объектов и проникновения в них шаровой молнии, кратко рассмотрим ее сущность [6 - 11]. Она заключается в том, что в атмосфере Земли, например, при ударе линейной супермолнии, в окресностях ее шнура, вихревым электрическим полем происходит ускорение элементарной заряженной частицы до субпланковского уровня энергии, но не менее чем до 10²⁰ эВ. При своем последующем взаимодействии с мишенью она, с некоторой вероятностью, должна образовать сверхтяжелую квазичастицу - квазимаксимон, основу явления природы. Квазимаксимон, обладая в своих окрестностях сверхмощным гравитационным полем, формирует из компонентов окружающей его атмосферы и удерживает около себя очень компактный, размером в несколько ангстрем, сверхплотный. высокотемпературный и вращающийся сгусток вырожденного вещества, являющийся вместе с квазимаксимоном ядром шаровой молнии - источником ее энергии, который перерабатывает компоненты атмосферы в мощное электромагнитное излучение во всем известном спектре частот электромагнитных колебаний и тепло, как в звездах. Причем совокупность и суперпозиция известных физических и химических процессов и эффектов, сопровождающих диссипацию непрерывно генерируемой ядром энергии, ведет к образованию и существованию всеми наблюдаемой самосветящейся и, как правило, вращающейся оболочки шаровой молнии (плазмоида), состоящей из неравновесной газоразрядной плазмы, снаружи окруженной слоем флуоресцирующего воздуха. Наружный, видимый диаметр оболочки, как правило, превышает в триллионы раз размеры ядра шаровой молнии. Отсюда, как и из многочисленных наблюдений, однозначно следует, что шаровая молния, обладая значительным внутренним электрическим зарядом, как макротело, снаружи - электрически нейтральная система, скажем, подобная атому любого химического элемента. Поэтому шаровая молния практически никак не должна реагировать на неоднородности электрических полей, создаваемых молниеотводами на пути своего движения в окрестностях защищаемых объектов. То есть она может беспрепятственно проникать в конус защищаемого молниеотводом пространства и, естественно, внутрь защищаемых объектов.As a simple way to protect the object from direct damage or penetration of ball lightning, it is recommended to install, for example, metal grounded nets with a cell area of not more than 4 cm ² and a wire thickness of 2 - 2.5 mm above the outlet openings of the stove or chimney pipes. In addition, during a thunderstorm, doors, windows, windows, and other openings should be closed through which ball lightning can freely enter the room (object). These measures should be especially carefully carried out in flammable rooms [1]. But as practice has shown, this method of protecting an object from unpredictable direct damage or penetration of ball lightning into it is not very effective. And this despite the fact that the frequency of occurrence of ball lightning is almost of the same order as the frequency of occurrence of ordinary linear lightnings [3, p. 313], the parameters of their damaging factors are equally dangerous for both objects and people in them. To understand and justify the inefficiency of existing lightning protection systems from direct damage to objects and the penetration of ball lightning into them, we briefly consider its essence [6 - 11]. It lies in the fact that in the Earth’s atmosphere, for example, when a linear super lightning strikes, in the vicinity of its cord, by a vortex electric field, an elementary charged particle accelerates to a sub-Plank energy level, but not less than 10 ²⁰ eV. During its subsequent interaction with the target, it, with some probability, should form an extraheavy quasiparticle - quasimaximon, the basis of the phenomenon of nature. Quasimaximon, having in its vicinity a superpowerful gravitational field, forms from the components of the atmosphere surrounding it and keeps it very compact, a few angstroms in size, superdense. a high-temperature and rotating bunch of degenerate matter, which, together with the quasimaximon, is the core of ball lightning - a source of its energy, which processes the atmospheric components into powerful electromagnetic radiation in the entire known frequency spectrum of electromagnetic waves and heat, as in stars. Moreover, the combination and superposition of known physical and chemical processes and effects accompanying the dissipation of energy continuously generated by the core leads to the formation and existence by all of the observed self-luminous and, as a rule, rotating shell of ball lightning (plasmoid), consisting of a nonequilibrium gas-discharge plasma, surrounded by a layer of fluorescent air. The outer, visible diameter of the shell, as a rule, exceeds trillions of times the size of the core of ball lightning. This, as well as from numerous observations, clearly implies that ball lightning, having a significant internal electric charge, like a macrobody, on the outside is an electrically neutral system, say, like an atom of any chemical element. Therefore, ball lightning almost does not have to react to the heterogeneity of electric fields created by lightning rods in the path of their movement in the vicinity of protected objects. That is, it can freely penetrate into the cone of the space protected by the lightning rod and, naturally, into the protected objects.

Задачей настоящего изобретения является защита объекта от прямого поражения всеми типами молний, даже одновременного, а также от проникновения в него шаровой молнии, причем с одинаковой и высокой степенью надежности. The objective of the present invention is to protect the object from direct damage by all types of lightning, even simultaneous, as well as from the penetration of ball lightning into it, and with the same and high degree of reliability.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается тем, что кроме операции создания неоднородности электрического поля между грозовой тучей и молниеотводом в известном способе, как это делается сейчас, в него вводят дополнительную операцию создания вблизи защищаемого объекта зоны с напряженностью магнитного поля, превышающей по величине локальную напряженность геомагнитного поля Земли, путем установки на молниеприемник существующего молниеотвода в его центре масс либо непосредственно, либо через кронштейн металлического магнитного диполя, причем так, чтобы его габариты не выходили за пределы конуса защищаемого молниеприемником пространства. The technical result in the present invention is achieved by the fact that in addition to the operation of creating an electric field inhomogeneity between a thundercloud and a lightning rod in the known method, as is now done, it introduces an additional operation of creating a zone near the protected object with a magnetic field strength exceeding the local geomagnetic strength Earth’s field, by installing on the air terminal an existing lightning rod in its center of mass either directly or through a metal bracket magnetic dipole, and so that its dimensions do not exceed the limits of the cone of the protected space Lightning.

Сущность настоящего изобретения основана на одном из многочисленных свойств шаровой молнии. Оно заключается в том, что "шаровая молния всегда несет долгоживущее сильное магнитное поле (и, следовательно, соответствующий почти незатухающий замкнутый кольцевой ток), о чем свидетельствует ее способность активно взаимодействовать с фермомагнетиками и магнитами" [4], а также с линиями электропередач. Оценка величины напряженности магнитного поля, генерируемого шаровой молнией в своих окрестностях, сделанная по ее математической модели для всего известного диапазона энергоемкостей явления природы, дает ее значение, лежащее в диапазоне от 10¹⁴ до 10²⁴ А/м. Но, как правило, по порядку величины она равна 10¹⁵ А/м. Итак, поскольку ядро шаровой молнии - мощный магнитный диполь, то, перемещаясь в окрестностях другого диполя постоянного магнита, установленного на молниеприемнике, она обязательно должна вступить с ним во взаимодействие, а именно: либо притянуться к диполю, либо оттолкнуться от него. Поскольку характерная длина диполя, установленного на молниеприемнике, на много порядков больше характерной длины магнитного диполя шаровой молнии, то есть диаметра ее ядра, то она должна обязательно только притянуться к одному из полюсов диполя, установленного на молниеприемнике. При этом столкновение шаровой молнии с металлическим телом магнитного диполя однозначно приведет к замыканию кольцевых токов как в ее оболочке, так и в сгустке вырожденного вещества. Поэтому электрический заряд квазимаксимона, ядра и оболочки через цепь: магнитный диполь - (кронштейн)-молниеприемник - токоотвод -заземление стечет в Землю и шаровая молния прекратит свое существование. Чтобы в результате уничтожения шаровой молнии магнитный диполь на молниеприемнике не потерял свою коэрцитивную силу из-за размагничивания под действием протекающего по нему высокочастотного тока, то есть, чтобы он был многоразового действия, как и молниеприемник, его необходимо крепить к молниеприемнику (кронштейну) за часть металлического тела, где проходит плоскость магнитного экватора. В этом варианте крепления магнитного диполя к молниеприемнику даже одновременный удар и линейной, и шаровой молний не способен привести к потере его коэрцитивной силы.The essence of the present invention is based on one of the many properties of ball lightning. It consists in the fact that "ball lightning always carries a long-lived strong magnetic field (and, therefore, a corresponding almost undamped closed ring current), as evidenced by its ability to actively interact with fermagnets and magnets" [4], as well as with power lines. An estimate of the magnitude of the magnetic field generated by ball lightning in its vicinity, made according to its mathematical model for the entire known range of energy capacities of natural phenomena, gives its value lying in the range from 10 ¹⁴ to 10 ²⁴ A / m. But, as a rule, in order of magnitude, it is 10 ¹⁵ A / m. So, since the core of ball lightning is a powerful magnetic dipole, then, moving in the vicinity of another dipole of a permanent magnet mounted on the air terminal, it must necessarily interact with it, namely: either pull toward the dipole or push off from it. Since the characteristic length of the dipole installed on the air terminal is many orders of magnitude greater than the characteristic length of the magnetic dipole of ball lightning, that is, the diameter of its core, it must only be pulled to one of the poles of the dipole mounted on the air terminal. In this case, the collision of ball lightning with the metal body of a magnetic dipole will uniquely lead to the closure of ring currents both in its shell and in a bunch of degenerate matter. Therefore, the electric charge of the quasimaximon, core and shell through the circuit: a magnetic dipole - (bracket) - lightning rod - down conductor - grounding will drain into the Earth and ball lightning will cease to exist. So that as a result of the destruction of ball lightning, the magnetic dipole on the air terminal does not lose its coercive force due to the demagnetization of the high-frequency current flowing through it, that is, it must be reusable, like the air terminal, it must be attached to the air terminal (bracket) for a part metal body where the plane of the magnetic equator passes. In this variant of attaching a magnetic dipole to an air terminal, even a simultaneous impact of both linear and ball lightning is not able to lead to a loss of its coercive force.

На чертеже изображена схема молниеотвода, поясняющая сущность предлагаемого способа защиты объекта от прямого поражения и проникновения в него шаровой молнии. Молниеотвод включает в себя молниеприемник 1, установленный на нем металлический магнитный диполь 2, опору 3, токоотвод 4 и заземления 5. Шаровая молния 6, пересекая коническую поверхность 7 защищаемого от удара линейной или четочной молнии пространства, притягивается своим ядром 8, например, к северному полюсу диполя 2. Сталкиваясь с ним шаровая молния 6 возбуждает в цепи 2-1-4-5 ток разряда 9, который стекает в Землю и нейтрализуется, а шаровая молния соответственно прекращает свое существование. The drawing shows a diagram of a lightning conductor, explaining the essence of the proposed method of protecting an object from direct damage and penetration of ball lightning into it. A lightning rod includes a lightning rod 1, a metal magnetic dipole 2 mounted on it, a support 3, a down conductor 4 and grounding 5. Ball lightning 6, crossing the conical surface 7 of the linear or clear lightning space protected from impact, is attracted by its core 8, for example, to the north dipole pole 2. Faced with it, ball lightning 6 excites a discharge current 9 in the circuit 2-1-4-5, which flows into the Earth and is neutralized, and ball lightning accordingly ceases to exist.

Целесообразность использования предлагаемого способа, из-за отсутствия экспериментальной базы и средств, оценим расчетным путем. С этой целью по формуле

где H - напряженность магнитного поля постоянного магнита или шаровой молнии;
H_⊕ - средняя напряженность магнитного поля Земли,
определим радиус сферической зоны, где коэрцитивная сила магнитного диполя, изготовленного, например, из сплавов "альни" или "альсни", имеющих коэрцитивную силу порядка 50000 А/м, уменьшится до средней напряженности геомагнитного поля Земли (45 А/м). Он получается равным примерно 20 м. Немного, но здесь следует учесть эффект адекватного уменьшения собственной напряженности магнитного поля ядра шаровой молнии. Расчеты показывают, что расстояние, с которого шаровая молния почувствует магнитный диполь 2, при ее энергоемкости, скажем, равной 100 кДж, равно одному километру. А это значит, что молниеотвод с магнитным диполем будет очень эффективно собирать любые по энергоемкости шаровые молнии, появляющиеся в его окрестностях, и по вышеописанной схеме уничтожать их, тем самым предотвращая их непредсказуемое воздействие как на защищаемые объекты (жилье, склады, технику и т.д.), так и на людей, находящихся в них.The feasibility of using the proposed method, due to the lack of an experimental base and means, we estimate by calculation. To this end, according to the formula

where H is the magnetic field strength of a permanent magnet or ball lightning;
H _⊕ - the average magnetic field of the Earth,
we define the radius of the spherical zone, where the coercive force of a magnetic dipole made, for example, from alni or alsni alloys having a coercive force of the order of 50,000 A / m, decreases to an average earth geomagnetic field strength (45 A / m). It turns out to be approximately 20 m. A little, but here we should take into account the effect of an adequate decrease in the intrinsic magnetic field of the ball of the lightning ball. Calculations show that the distance from which ball lightning feels magnetic dipole 2, when its energy intensity is, say, 100 kJ, is one kilometer. And this means that a lightning rod with a magnetic dipole will be very efficient to collect any energy lightning ball lightning that appears in its vicinity, and to destroy them according to the above scheme, thereby preventing their unpredictable effect on protected objects (housing, warehouses, equipment, etc.) d.), and the people who are in them.

Источники информации
1. Стекольников И.С. Молния и гром. М. - Л.: ОГИЗ "Гостехиздат", 1946.Sources of information
1. Stekolnikov IS Lightning and thunder. M. - L .: OGIZ "Gostekhizdat", 1946.

2. Кравченко В.И. Грозозащита радиоэлектронных средств. Справочник. М.: "Радио и связь", 1991. 2. Kravchenko V.I. Lightning protection of electronic equipment. Directory. M .: "Radio and communications", 1991.

3. Юман М. Молния. М.: "Мир", 1972, с. 313. 3. Human M. Lightning. M .: "Mir", 1972, p. 313.

4. Барри Дж. Шаровая молния и четочная молния. М.: "Мир", 1983. 4. Barry J. Ball lightning and clear lightning. M .: "World", 1983.

5. Телетов Г.С. О природе шаровой молнии. В сб.: "Шаровая молния в лаборатории", М.: "Химия", 1994, с. 247-256. 5. Teletov G.S. On the nature of ball lightning. In: “Ball lightning in the laboratory”, M.: “Chemistry”, 1994, p. 247-256.

6. Игнатов Б.Н. Аномальное атмосферное явление - шаровая молния. Заявка на открытие в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий от 08.04.86. 6. Ignatov B.N. An abnormal atmospheric phenomenon is ball lightning. Application for opening to the USSR State Committee for Inventions and Discoveries of 04/08/86.

7. Игнатов Б.Н. Шаровая молния - дитя квазичастицы. В сб.: "Ты не прав, Ньютон!" Гомель-Калининград, 1990, с. 32-43. 7. Ignatov B.N. Ball lightning is a child of a quasiparticle. In Sat: "You're wrong, Newton!" Gomel-Kaliningrad, 1990, p. 32-43.

8. Игнатов Б.Н. Природа шаровой молнии. // "Аномалия". М.: "ИТАР-ТАСС" N 4 (22), 1993, с. 43-45. 8. Ignatov B.N. The nature of ball lightning. // "Anomaly." M .: "ITAR-TASS" N 4 (22), 1993, p. 43-45.

9. Игнатов Б.Н. Естественно-научная модель шаровой молнии. В сб.: Отчет по НИР "Теоретико-аналитическое исследование некоторых естественно-научных проблем" (шифр "Нить-51"), М.: МП "Экология непознанного", книга 3, 1994, с. 62-183. 9. Ignatov B.N. Natural-science model of ball lightning. In: Report on research "Theoretical and analytical study of some natural scientific problems" (code "Thread-51"), M .: MP "Ecology of the Unknown", book 3, 1994, p. 62-183.

10. Игнатов Б.Н. Природа шаровой молнии. В сб.: "Московский институт теплотехники. Наука, техника, производство". Том 1, часть 1, 1995, с. 27-63. 10. Ignatov B.N. The nature of ball lightning. In: “Moscow Institute of Heat Engineering. Science, Technology, Production”. Volume 1, Part 1, 1995, p. 27-63.

11. Игнатов Б.Н. Естественно-научная модель шаровой молнии. // "Оборонная техника". М.: НТЦ "Информатика". N 1-2, 1996, с. 47-52. 11. Ignatov B.N. Natural-science model of ball lightning. // "Defense technology". M .: STC "Informatics". N 1-2, 1996, p. 47-52.

Claims

A method of protecting an object from direct damage and the penetration of ball lightning into it, including the operation of creating an inhomogeneous electric field near the protected object by installing a lightning rod, for example, over the outlet openings of stove or fireplace pipes, with an air terminal made in the form of a grounded metal grid, rod or plate, characterized in that it introduces an additional operation to create a zone near the protected object with a magnetic field strength exceeding the local stress the Earth’s geomagnetic field by placing a metal magnetic dipole on the lightning rod that is fixed to the center of mass either directly or through a metal bracket, so that the dimensions of the dipole do not extend beyond the cone of the space protected by the lightning rod.