雷電基礎(chǔ)知識(shí)

1、雷電基礎(chǔ)知識(shí)zfy1、了解雷電的發(fā)展史1.1、 中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)我國(guó)古代對(duì)電的認(rèn)識(shí)，是從雷電及摩擦起電現(xiàn)象開始的。早在3000多年前的殷商時(shí)期，甲骨文中就有了“雷”及“電”的形聲字。西周初期，在青銅器上就已經(jīng)出現(xiàn)加雨字偏旁的“電”字。1.1、 中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)王充在論衡雷虛篇中寫道：“云雨至則雷電擊”，明確地提出云與雷電之間的關(guān)系。在其后的古代典籍中，關(guān)于雷電及其災(zāi)害的記述十分豐富，其中尤以明代張居正（15251582）關(guān)于球形閃電的記載最為精彩，他在細(xì)致入微的觀察的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地記述了閃電火球大小、形狀、顏色、出現(xiàn)的時(shí)間等，留下了可靠而寶貴的文字資料。1.1、 中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)在

2、細(xì)致觀察的同時(shí)，人們也在探討雷電的成因。淮南子墜形訓(xùn)認(rèn)為，“陰陽(yáng)相薄為雷，激揚(yáng)為電”，即雷電是陰陽(yáng)兩氣對(duì)立的產(chǎn)物。王充也持類似看法。明代劉基（13111375）說(shuō)得更為明確：“雷者，天氣之郁而激而發(fā)也。陽(yáng)氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電”。可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)已有人認(rèn)識(shí)到雷電是同一自然現(xiàn)象的不同表現(xiàn)。1.1、 中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)尖端放電也是一種常見(jiàn)的電現(xiàn)象。古代兵器多為長(zhǎng)矛、劍、戟，而矛、戟鋒刃尖利，常常可導(dǎo)致尖端放電發(fā)生，因這一現(xiàn)象多有記述。如漢書西域記中就有“元始中（公元3年）矛端生火”，晉代搜神記中也有相同記述：“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭”。1.1、 中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)避雷針是尖端

3、放電的具體應(yīng)用，我國(guó)古代地采用各種措施防雷。古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，高大建筑物的瓦飾制成動(dòng)物（吻獸）形狀且沖天裝設(shè)，都起到了避雷作用。如武當(dāng)山主峰峰頂矗立著一座金殿，至今已有500多年歷史，雖高聳于峰巔卻從沒(méi)有受過(guò)雷擊。1.1、 中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)金殿是一座全銅建筑，頂部設(shè)計(jì)十分精巧。除脊飾之外，曲率均不太大，這樣的脊飾就起到了避雷針作用。每當(dāng)雷雨時(shí)節(jié)，云層與金殿之間存在巨大電勢(shì)差，通過(guò)脊飾放電產(chǎn)生電弧，電弧使空氣急劇膨脹，電弧變形如碩大火球。其時(shí)雷聲驚天動(dòng)地，閃電激繞如金蛇狂舞，碩大火球在金殿頂部激躍翻滾，蔚為壯觀。雷雨過(guò)后，金殿經(jīng)過(guò)水與火的洗煉，變得更為金光燦燦。如此巧妙的避雷措施，

4、令人嘆為觀止。1.2、 歐美雷電科學(xué)的建立 16世紀(jì)，現(xiàn)代科學(xué)先驅(qū)英國(guó)的弗蘭西斯-培根、法國(guó)的勒內(nèi)笛卡兒、意大利的伽利略等人在反對(duì)宗教封建神學(xué)和經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)的斗爭(zhēng)的潮流中倡導(dǎo)和宣傳了正確的科學(xué)思想和可選方法，對(duì)當(dāng)時(shí)和后人產(chǎn)生了極大影響，把科學(xué)實(shí)驗(yàn)提到了很重要的地位。在這個(gè)基礎(chǔ)上建立理性思維，懷疑一切教條和無(wú)根據(jù)的論斷。很多學(xué)者進(jìn)行了試驗(yàn)和觀察，在18世紀(jì)中葉對(duì)電的本性建立了科學(xué)認(rèn)識(shí)，在這個(gè)基礎(chǔ)上很快把雷電的神學(xué)面紗揭穿，從而初步建立了雷電科學(xué)。1.2、 歐美雷電科學(xué)的建立 只有在電學(xué)有了一定的發(fā)展之后，方有了對(duì)閃電科學(xué)認(rèn)識(shí)的條件。第一個(gè)把實(shí)驗(yàn)室中的電與自然界的閃電發(fā)生聯(lián)系的人是曾任英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)

5、館長(zhǎng)的豪克斯比(Hauksbee)。1706年他用玻璃棒摩擦帶電，研究它的發(fā)光，看到靜電產(chǎn)生的閃光和閃電相似，而發(fā)生了聯(lián)想，這種猜測(cè)已接觸到物理學(xué)的本質(zhì)，可以認(rèn)為是對(duì)閃電進(jìn)入了科學(xué)認(rèn)識(shí)之門，這還仍不能認(rèn)為是對(duì)閃電有了科學(xué)認(rèn)識(shí)，因?yàn)樗麤](méi)有建立在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的論證上。 1.2、 歐美雷電科學(xué)的建立第一個(gè)達(dá)到這一步的是美國(guó)杰出科學(xué)家富蘭克林（Franklin1706-1790）,他先是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行一系列電學(xué)實(shí)驗(yàn)，論證了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)靜電放電現(xiàn)象與天空閃電的種種類似性，以科學(xué)的理性思維探索閃電的本質(zhì)。富蘭克林之卓越貢獻(xiàn)和成就在于他又邁出了決定性的一步，那就是把云中的閃電引到地面上來(lái)做實(shí)驗(yàn)檢定，從科學(xué)實(shí)驗(yàn)上來(lái)證

6、明自己的理性判斷。他所設(shè)計(jì)的著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，許多科學(xué)家重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，一起來(lái)認(rèn)識(shí)這個(gè)科學(xué)判斷，閃電就是靜電產(chǎn)生的火花放電。1.3、接閃桿（避雷針）的發(fā)明 現(xiàn)代避雷針是美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(fā)明的。富蘭克林認(rèn)為閃電是一種放電現(xiàn)象。為了證明這一點(diǎn)，他在1752年7月的一個(gè)雷雨天，冒著被雷擊的危險(xiǎn)，將一個(gè)系著長(zhǎng)長(zhǎng)金屬導(dǎo)線的風(fēng)箏放飛進(jìn)雷雨云中，在金屬線末端拴了一串銅鑰匙。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，富蘭克林手接近鑰匙，鑰匙上迸出一串電火花。手上還有麻木感。幸虧這次傳下來(lái)的閃電比較弱，富蘭克林沒(méi)有受傷。1.3、接閃桿的發(fā)明在成功地進(jìn)行了捕捉雷電的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)之后，富蘭克林在研究閃電與人工摩擦產(chǎn)生的電的一致性時(shí)，他就從兩者的類比

7、中作出過(guò)這樣的推測(cè)：既然人工產(chǎn)生的電能被尖端吸收，那么閃電也能被尖端吸收。他由此設(shè)計(jì)了風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，而風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)的成功反過(guò)來(lái)又證實(shí)了他的推測(cè)。1.3、接閃桿的發(fā)明他由此設(shè)想，若能在高物上安置一種尖端裝置，就有可能把雷電引入地下。富蘭克林把一根數(shù)米長(zhǎng)的細(xì)鐵棒固定在高大建筑物的頂端，在鐵棒與建筑物之間用絕緣體隔開。然后用一根導(dǎo)線與鐵棒底端連接，再將導(dǎo)線引入地下。富蘭克林把這種避雷裝置稱為避雷針。經(jīng)過(guò)試用，果然能起避雷的作用。避雷針的發(fā)明是早期電學(xué)研究中的第一個(gè)有重大應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)成果。 1.3、接閃桿的發(fā)明而避雷針在最初發(fā)明與推廣應(yīng)用時(shí)，教會(huì)曾把它視為不祥之物，說(shuō)是裝上了富蘭克林的這種東西，不但不能避雷

8、，反而會(huì)引起上帝的震怒而遭到雷擊。但是，在費(fèi)城等地，拒絕安置避雷針的一些高大教堂在大雷雨中相繼遭受雷擊。而比教堂更高的建筑物由于已裝上避雷針，在大雷雨中卻安然無(wú)恙。 由于避雷針已在費(fèi)城等地初顯神威，它立即傳到北美各地，隨后又傳入歐洲 1.4、現(xiàn)代雷電科學(xué)的發(fā)展 富蘭克林對(duì)閃電的認(rèn)識(shí)只是解決雷電的定性問(wèn)題，要跨入定量的認(rèn)識(shí)，必須解決實(shí)驗(yàn)儀器和方法，整整100多年來(lái)，人們對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)沒(méi)有明顯的進(jìn)展。英國(guó)開爾文男爵（1824-1907）是第一位對(duì)大氣電學(xué)作出重要貢獻(xiàn)的學(xué)者，開創(chuàng)了定量研究閃電物理的工作，他對(duì)實(shí)驗(yàn)研究和理論探索做出了關(guān)鍵性貢獻(xiàn)。他建議用氣球攜帶儀器探測(cè)高空不同高度的電場(chǎng)，要考慮大氣的導(dǎo)

9、電性，要研究雨的起電機(jī)理，要用照相記錄作為研究的一種方法。1.4、現(xiàn)代雷電科學(xué)的發(fā)展 從20世紀(jì)初開始，大氣科學(xué)開始有了長(zhǎng)足發(fā)展，沃爾特（Walter）等一些科學(xué)家終于用移動(dòng)照相機(jī)實(shí)現(xiàn)了開爾文的設(shè)想，拍出了一批閃電照片，顯示了閃電的過(guò)程及其特征，其數(shù)據(jù)還一直沿用至今，這是一個(gè)重大突破。人們認(rèn)識(shí)了閃電是由梯式先導(dǎo)開始的閃電全過(guò)程包括有多次閃擊放電。 二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來(lái)的無(wú)線電遙控技術(shù)、飛機(jī)的改造，為大氣探測(cè)創(chuàng)造了條件。用飛機(jī)穿入雷雨云中和用地面無(wú)線電遙測(cè)，是人們對(duì)雷雨云的電結(jié)構(gòu)、閃電發(fā)展物理過(guò)程和雷電的起電機(jī)制的認(rèn)識(shí)大大進(jìn)了一步，這為人們研究雷電防護(hù)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。 1.5防雷工程技術(shù)的發(fā)

10、展美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(fā)明避雷針之后，這一防雷工程技術(shù)延用了百余年毫無(wú)進(jìn)展。由于實(shí)際需要沒(méi)有變化，避雷針還沒(méi)顯示出其局限性。1876年貝爾發(fā)明了電話，由于適應(yīng)了社會(huì)的需要，發(fā)展極快，1880年僅美國(guó)就有了48000臺(tái)。架空長(zhǎng)導(dǎo)線出現(xiàn)了，它就成了閃電襲擊的新對(duì)象，為了保護(hù)通訊設(shè)備和人身安全，于是就出現(xiàn)了第二種避雷裝置導(dǎo)電器，他實(shí)際是一個(gè)火花隙。他達(dá)到了閃電在導(dǎo)線上產(chǎn)生的高電壓通過(guò)擊穿火花隙泄放入地。這就是最原始的避雷器。1.5防雷工程技術(shù)的發(fā)展 隨著電力的發(fā)展，輸電線路常長(zhǎng)遭到雷擊，為保護(hù)輸電線路，又出現(xiàn)了磁吹避雷器和閥型避雷器。 1914年德國(guó)科學(xué)家又提出了用接地避雷線來(lái)保護(hù)100KV以上高壓線

11、路。后來(lái)又出現(xiàn)了避雷帶，50年代又出現(xiàn)了籠式避雷網(wǎng)。 80年代至今，隨著微電子設(shè)備的大量出現(xiàn)和使用，雷災(zāi)也跟蹤而至，防雷工程技術(shù)從防直擊雷、雷電感應(yīng)進(jìn)入雷擊電磁脈沖LEMP的防護(hù)。 1.6現(xiàn)代防雷新特點(diǎn)現(xiàn)代的防雷工程技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期，要考慮閃電的各種物理特性和作用而實(shí)行三維空間的綜合防護(hù)措施。以往的防雷主要是強(qiáng)電系統(tǒng)，是一維或是二維空間的防御，而現(xiàn)在的防雷則轉(zhuǎn)向全方位綜合防護(hù)的方法，即躲避、接閃、分流、等電位、屏蔽、合理布線和接地。防雷工程技術(shù)面臨著一個(gè)大轉(zhuǎn)折，包括觀念上、方法上的轉(zhuǎn)變，并將其納入法制管理的軌道 。 2雷電的形成和分類2.1、了解雷電的形成：2.1.1雷云形成的物理過(guò)程當(dāng)?shù)?/p>

12、面含水蒸氣的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升，或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被抬高都會(huì)產(chǎn)生向上的氣流。這些含大量水蒸氣的空氣上升時(shí)溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹（稱為水成物），這些水成物受大氣電場(chǎng)、重力、對(duì)流以及溫差、碰撞感應(yīng)、破碎等起電效應(yīng)的同時(shí)作用，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚，就形成了積雨云，即雷雨云。2.1.1雷云形成的物理過(guò)程 積雨云的特征： 積雨云就是一種在強(qiáng)烈垂直對(duì)流過(guò)程中形成的云。由于地面吸收太陽(yáng)的輻射熱量遠(yuǎn)大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏季這種升溫更為明顯，所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強(qiáng)也隨著降低，根據(jù)力學(xué)原

13、理它就要上升，上方的空氣層密度相對(duì)說(shuō)來(lái)就較大，就要下沉。2.1.1雷云形成的物理過(guò)程 熱氣流在上升過(guò)程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團(tuán)中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過(guò)冷水滴、冰晶或雪花，并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度（-10），由于過(guò)冷水大量?jī)鼋Y(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達(dá)到對(duì)流層頂附近后向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。2.1.2雷云的結(jié)構(gòu) （含正極性閃擊、負(fù)極性閃擊）根據(jù)雷雨云電荷分布模型，宏觀上分為三個(gè)電荷集中區(qū)。云中最高的集中區(qū)是正電荷，中間區(qū)為負(fù)電荷，最低區(qū)為正電荷。云層帶正電荷區(qū)對(duì)地放電稱為正極性

14、閃電，云層帶負(fù)電荷對(duì)地放電稱為負(fù)極性閃電。正極性閃電時(shí)正電荷由云到地，為正值，負(fù)極性閃電時(shí)負(fù)電荷由云到地，故為負(fù)值。雷雨下部雖帶正電，但電荷量較少，所以，雷雨云絕大部分整體對(duì)地還是顯示為負(fù)電荷區(qū)2.1.2雷云的結(jié)構(gòu) （含正極性閃擊、負(fù)極性閃擊）2.1.3雷云起電機(jī)制關(guān)于積雨云電荷的產(chǎn)生原因有很多學(xué)說(shuō)，我們這里介紹幾個(gè)公認(rèn)比較成熟的學(xué)說(shuō)：A感應(yīng)起電：大量科學(xué)研究表明，地球本身就是一個(gè)電容器，通常穩(wěn)定地帶50萬(wàn)庫(kù)侖的負(fù)電荷，而地球上空有一個(gè)帶正電的電離層，這樣形成了一個(gè)已經(jīng)充電的電容器，它們之間的電壓大約為300千伏，上正下負(fù)。2.1.3雷云起電機(jī)制A感應(yīng)起電：積雨云中的云粒子（霧滴和冰晶）在大氣

15、電場(chǎng)中感生電荷，上負(fù)下正。云粒子下降過(guò)程中一方面吸引上升氣流中的大氣負(fù)離子，使云粒子下端的正電荷中和，另一方面，上升氣流中的中性粒子與云粒子下部碰撞，一部分被捕獲增大云粒子，另一部分被彈開也帶走了正電荷，使云粒子整體顯現(xiàn)負(fù)電性。上升氣流中的大氣正離子和帶正電荷的粒子相對(duì)云粒子來(lái)說(shuō)體積小，整體呈上升趨勢(shì)。造成云體上正下負(fù)的電荷分布特性。另有極少量帶正電粒子在云體本身電場(chǎng)作用下保持在云體底部。 2.1.3雷云起電機(jī)制B溫差起電：實(shí)驗(yàn)表明冰具有熱電效應(yīng)，冰晶中總存在帶正電的氫離子H+和帶負(fù)電的氫氧根離子OH-，離子濃度隨溫度升高而增大，冰晶兩端溫度有差異時(shí)，熱端離子濃度高，冷端低，發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，兩種

16、離子都會(huì)從熱端向冷端運(yùn)動(dòng)，氫離子質(zhì)量小，速度快，先到達(dá)冷端從而導(dǎo)致冷端帶正電，建立起靜電場(chǎng)，形成冷正熱負(fù)的電偶極子，這就是冰的熱電現(xiàn)象的微觀。2.1.3雷云起電機(jī)制B溫差起電： 積雨云的溫差起電的兩種方式：冰晶、雹粒相互碰撞摩擦若有溫差時(shí)就會(huì)發(fā)生熱電效應(yīng)，引起離子遷移，當(dāng)兩者分開時(shí)，都帶上了電，在重力和氣流作用下相互分離，這就出現(xiàn)了積雨云中正、負(fù)電荷的分布區(qū)。 過(guò)冷液滴與冰晶或雹粒接觸，過(guò)冷卻水有了凝結(jié)核而發(fā)生相變，迅速變?yōu)楣腆w，同時(shí)放出潛熱，他使冰塊內(nèi)部溫度升高膨脹、導(dǎo)致外部破裂成碎屑，又由于潛熱溫差出現(xiàn)熱電效應(yīng)，冰核帶上了負(fù)電荷，輕小的碎屑帶上正電荷被上升氣流攜帶積聚在云體上部，造成云體上

17、正下負(fù)的電荷分布特性。2.1.3雷云起電機(jī)制C 對(duì)流起電：云的對(duì)流運(yùn)動(dòng)反抗著電場(chǎng)施加的力，輸送把云底以下低層大氣凈正離子電荷帶到云內(nèi)直至云的上部，并在云的上部積聚形成正電荷中心，在這正的中心形成的電場(chǎng)作用下，形成向上的傳導(dǎo)電流，云頂以上還有電離層的負(fù)離子向下移動(dòng)到云頂，因此，云頂以上帶負(fù)離子，他們隨著對(duì)流云體四周圍下沉氣流沿著云體側(cè)面下降到云體下部，在云的下部形成負(fù)電荷中心，使地面產(chǎn)生尖端放電，形成大量正離子，這些正離子又隨對(duì)流上升氣流到云體上部，進(jìn)一步加強(qiáng)了云上部的正電荷中心，同時(shí)又吸引上方電離層的負(fù)離子。2.1.3雷云起電機(jī)制2.1.3雷云起電機(jī)制 D.破碎起電：云內(nèi)大水滴下降時(shí)受到氣流的

18、作用變得不穩(wěn)定，變形破碎，生成許多小水滴和幾個(gè)較大水滴。破碎時(shí)小水滴帶負(fù)電，較大水滴帶正電，小水滴相對(duì)較輕，容易被上升氣流攜帶到云體上方，小水滴質(zhì)量輕被上升氣流帶到云層上部，大水滴質(zhì)量重則留在下層或降落到地面，這樣便形成了帶電荷云層的分離過(guò)程。當(dāng)帶電荷云層逐步積累到足夠的電荷量時(shí)，便產(chǎn)生閃電現(xiàn)象，形成雷電。（實(shí)驗(yàn)證明：水滴分裂時(shí)，確實(shí)大水珠帶正電荷，小水珠帶負(fù)電荷這一理論；分裂水滴所需氣流的速度為3-8m/s,這正是雷云中上升氣流的速度）形成上負(fù)下正的帶電云體。 2.1.3雷云起電機(jī)制E.水滴凍結(jié)起電：水滴在凍結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電荷，冰晶帶正電荷，水滴帶負(fù)電荷，當(dāng)上升氣流把冰晶上的水分帶走時(shí)，就會(huì)

19、導(dǎo)致電荷分離，而使雷雨云帶電。2.2熟悉雷電的分類（形狀分類、空間位置分類） 2.2.1閃電的部位 按空間分類分為：云內(nèi)閃、云際閃和云地閃。2.2.2閃電的形狀 按形狀分類分為：線狀閃電、片狀閃電、帶狀閃電、聯(lián)珠狀閃電和球形閃電等。2.2熟悉閃電的分類（形狀分類、空間位置分類）2.2.3閃電的聲音 閃電通路中的空氣突然劇烈增熱，使它的溫度高達(dá)1500020000，因而造成空氣急劇膨脹，通道附近的氣壓可增至一百個(gè)大氣壓以上。緊接著，又發(fā)生迅速冷卻，空氣很快收縮，壓力減低。這一驟脹驟縮都發(fā)生在千分之幾秒的短暫時(shí)間內(nèi)，所以在閃電爆發(fā)的一剎那間，會(huì)產(chǎn)生沖擊波。沖擊波以5000米/秒的速度向四面八方傳播

20、，在傳播過(guò)程中，它的能量很快衰減，而波長(zhǎng)則逐漸增長(zhǎng)。在閃電發(fā)生后0.10.3秒，沖擊波就演變成聲波，這就是我們聽見(jiàn)的雷聲。2.2.4地閃地閃是指云內(nèi)荷電中心和大地之間的放電過(guò)程，亦指與大地和地物接觸發(fā)生的閃電。正地閃：閃電電流為正（向下）的稱正地閃；通常云底荷正電荷，地面為負(fù)電荷。負(fù)地閃：閃電電流為負(fù)（向上）的稱負(fù)地閃；通常云底荷負(fù)電荷，地面為正電荷。正地閃明顯少于負(fù)地閃。地閃的分類和特征：分八類：1a負(fù)云閃、1b下行負(fù)雷、2a向上正先導(dǎo)-連續(xù)負(fù)放電、2b向上正先導(dǎo)-多閃擊負(fù)放電、3a正云閃、3b向下正閃、4a向上負(fù)先導(dǎo)（山地）、4b上行正雷。3.雷電和雷電流參數(shù) 3.1雷電參數(shù) 3.1.1

21、了解雷電的季節(jié)分布和日變化規(guī)律雷電的季節(jié)分布：雷電活動(dòng)夏季最多，春秋次之，冬季最少。雷電出現(xiàn)的開始月份一般從南向北，由東向西逐漸推遲，而終止月份大多在9月、10月份。最多的月份是7月份。雷電的日變化規(guī)律：多出現(xiàn)在午后到深夜(1224時(shí)),其中1517時(shí)和1920時(shí)存在兩個(gè)峰值。3.1.2雷暴日與雷電小時(shí) 雷暴小時(shí)：即在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽到一次或一次以上的雷聲就算一個(gè)雷暴小時(shí)，我國(guó)大部分地區(qū)一個(gè)雷暴日大約為3個(gè)雷暴小時(shí)。雷暴小時(shí)日的統(tǒng)計(jì)分為日雷暴小時(shí)、月雷暴小時(shí)、季雷暴小時(shí)和年雷暴小時(shí)。雷暴日：指該天發(fā)生雷暴的日子，即在一天內(nèi)，只要聽到雷聲一次或一次以上的就算一個(gè)雷暴日，而不論該天雷暴發(fā)生的次數(shù)和

22、持續(xù)時(shí)間。雷暴日的統(tǒng)計(jì)分為月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日。3.1.2雷暴日與雷電小時(shí)我國(guó)各地雷暴日的多少和緯度及距海洋的遠(yuǎn)近有關(guān)。海南島及廣東的雷州半島雷電活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，平均年雷暴日高達(dá)100133。北回歸線（北緯23.4）以南一般在80以上（但臺(tái)灣省只有40天左右），北緯23.4到長(zhǎng)江一帶約為4080，長(zhǎng)江以北大部地區(qū)（包括東北）多在2040，西北多在20以下。西藏沿雅魯藏布江一帶約達(dá)5080。我國(guó)把年平均雷暴日不超過(guò)15的叫少雷區(qū)，超過(guò)40的叫多雷區(qū)，超過(guò)90的叫強(qiáng)雷區(qū)。3.1.2雷暴日與雷電小時(shí)3.1雷電參數(shù) 3.1.3地面落雷密度地面落雷密度：每個(gè)雷暴日每平方千米的平均落雷次數(shù)，又稱閃

23、電頻數(shù)。即：Ng=0.1Td Td年平均雷暴日。3.1.4雷電流波形 雷電流波形無(wú)論是首次雷擊還是后續(xù)雷擊都是一段很短或較短的時(shí)間上升到幅值，然后再由幅值緩慢地下降，呈現(xiàn)出拱形脈沖形狀。雷電流具有電流所具有的一切效應(yīng)，不同的是它在短時(shí)間內(nèi)以脈沖的形式通過(guò)強(qiáng)大的電流。尤其是直擊雷，它的峰值有幾十千安培，甚至幾百千安培。雷電流具有單極性的脈沖波形，大約有80%-90%的雷電流是負(fù)極性的（負(fù)地閃）。雷電放電具有重復(fù)性，一次雷電平均包括3-4次放電，通常第一次放電的電流幅值高。 3.1.4雷電流波形雷電流幅值：雷電流波形上的最大值。波頭時(shí)間：雷電流波形上從起始點(diǎn)上升到幅值所需的時(shí)間。當(dāng)電雷流上升速度越

24、快，其曲線也越陡，陡度越大，引起的感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值就越大半幅值時(shí)間： 從起始點(diǎn)上升到幅值后再下降到半幅值所的時(shí)間。3.1.4雷電流波形3.1.4雷電流波形3.1.4雷電流波形3.雷電和雷電流參數(shù)3.2雷電流與雷電過(guò)電壓的近似表示雷電峰值電流：典型值 A左右，變化范圍.雷電過(guò)電壓：幾百萬(wàn)伏到幾千萬(wàn)伏，個(gè)別的可達(dá)上億伏。3.2.1雷電流幅值的累積概率 雷電流幅值I的累積概率分布可用式lgP=-I/k表示，式中P為雷電流大于（含等于）I的概率，I單位為kA，k是一個(gè)常數(shù)，它主要與所考慮地區(qū)年平均雷暴日數(shù)。3.2.1雷電流幅值的累積概率 3.2.1雷電流幅值的累積概率3.2.1雷電流幅值的累積概率3.

25、2.2雷電流的等值波形 大量的觀測(cè)資料給出了各種各樣強(qiáng)度不同的波形，對(duì)任一波形，人們都很難用一個(gè)確切的數(shù)學(xué)分析式來(lái)表示，給防雷工程設(shè)計(jì)中定量計(jì)算帶來(lái)了困難，為了便于定量分析，在防雷工程設(shè)計(jì)中，人們對(duì)雷電波形進(jìn)行了仔細(xì)分析，總結(jié)、歸納了幾種可用解析式進(jìn)行表達(dá)的波形，已進(jìn)行工程計(jì)算，這就是等值波形。這些等值波形分別由下列形式給出。3.2.2雷電流的等值波形3.2.2雷電流的等值波形3.2.2雷電流的等值波形3.2.3幾種常用的雷電過(guò)電壓波形及其近似表達(dá)式 3.2.3幾種常用的雷電過(guò)電壓波形及其近似表達(dá)式3.2.3幾種常用的雷電過(guò)電壓波形及其近似表達(dá)式3.2.4能量與頻譜 防雷分析和保護(hù)裝置試驗(yàn)時(shí)，

26、常需要估算在給定波形的雷電流或雷電過(guò)電壓作用下，由他們向負(fù)載設(shè)備所傳輸能量，以考察負(fù)載設(shè)備的耐受性。另外，對(duì)于保護(hù)裝置（主要是低通濾波器）設(shè)計(jì)和雷電暫態(tài)響應(yīng)計(jì)算來(lái)說(shuō)，常常要對(duì)雷電流雷電過(guò)電壓波形進(jìn)行頻譜分析，以估計(jì)波形中各次頻率諧波分量的分布。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號(hào)通過(guò)， 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過(guò)的電子濾波裝置。3.2.4能量與頻譜 能量的估算閃電電流或雷電過(guò)電壓向負(fù)載設(shè)備傳送能量可分為兩種典型情況，第一種是向負(fù)載電阻傳送能量，第二種是向恒壓負(fù)載傳送能量。前者可表示電子設(shè)備負(fù)載，后者可表示保護(hù)元件（壓敏電阻和雪崩二極管），雷電流或雷電過(guò)電壓向負(fù)載傳送的能量將被負(fù)載所吸收。 頻譜

27、分析對(duì)于雷電流或雷電過(guò)電壓波形的時(shí)域進(jìn)行傅里葉變換，可以獲得它的頻譜函數(shù)。3.2.4能量與頻譜3.2.4能量與頻譜3.2.4能量與頻譜3.2.4能量與頻譜3.2.4能量與頻譜3.2.4能量與頻譜3.2.4能量與頻譜4.雷電的危害 4.1直擊雷的危害 4.1.1雷電流的熱效應(yīng) 雷擊點(diǎn)注入電流達(dá)數(shù)十到數(shù)百千安培，其熱效應(yīng)可在雷擊點(diǎn)局部范圍內(nèi)產(chǎn)生可達(dá)6000-10000，它可以使金屬、輸電線路融化，樹木草堆被引燃等。式中：Q熱量，J i雷擊點(diǎn)電流 R雷擊通道電阻 雷擊點(diǎn)溫升的計(jì)算：T=Q/mc式中：T溫升，K m通過(guò)雷電流物體的質(zhì)量 C通過(guò)雷電流物體的比熱容，J/kgK4.1.2雷電流的電動(dòng)力（機(jī)械

28、力）效應(yīng) 由物理學(xué)可知，在載電流的導(dǎo)體周圍空間存在磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)里的載流導(dǎo)體受到電磁力的作用。兩條載流導(dǎo)體相互間有作用力存在，我們把這種作用力叫做電動(dòng)力。雷擊的時(shí)候，由于電動(dòng)力的作用有可能使導(dǎo)線被折斷炸裂。一條導(dǎo)線或金屬構(gòu)件的彎曲部分有電流通過(guò)的時(shí)候拐彎部分將受到電動(dòng)力作用，它們之間的夾角越小，受到的電動(dòng)力越大。所以，應(yīng)當(dāng)將接閃帶、引下線等在拐彎的夾角彎成直角或鈍角。4.1.2雷電流的電動(dòng)力（機(jī)械力）效應(yīng)4.1.3雷電流的內(nèi)壓力和沖擊波效應(yīng)及危害 內(nèi)壓力效應(yīng)及危害 由于瞬間雷電流很大，通過(guò)時(shí)間又很短，如果雷電擊中樹木或建筑物構(gòu)件上，被擊中的物體將產(chǎn)生大量的熱量，又來(lái)不及散發(fā)以致物體內(nèi)部的水分大量

29、變成蒸汽，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的壓力而爆炸，造成破壞。4.1.3雷電流的內(nèi)壓力和沖擊波效應(yīng)及危害 雷電流的沖擊波效應(yīng)及危害由于雷電通道中空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的空氣被強(qiáng)烈壓縮形成“激波”?！凹げā钡竭_(dá)的地方，空氣密度、壓力和溫度都會(huì)突然增加?！凹げā边^(guò)后，該區(qū)域內(nèi)空氣壓力下降，直到低于大氣壓力。這種“激波”在空氣中傳播，會(huì)使附近的建筑物受到破壞，人、牲畜受到傷害，這種沖擊波的作用就如同炸藥在爆炸時(shí)對(duì)附近的建筑物、人和牲畜的損害一樣。4.2雷擊電磁脈沖的危害 4.2.1雷電的靜電感應(yīng) 當(dāng)金屬物處于雷云和大地電場(chǎng)中時(shí)，使金屬物上感應(yīng)出與雷云符號(hào)相反的電荷。靜電感應(yīng)高電

30、壓，在高壓架空線路可達(dá)300-400KV，一般低壓架空線路可達(dá)100KV。電訊線路可達(dá)40-60KV，建筑物也可以產(chǎn)生相當(dāng)高的有危險(xiǎn)的電壓。雷云主放電時(shí)，先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和。其它導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷由于失去了電場(chǎng)的約束得到釋放，4.2.1雷電的靜電感應(yīng)如沒(méi)有被中和或不就近泄入地中就會(huì)產(chǎn)生很高的電位，這種由靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)接地不良的電氣系統(tǒng)有破壞作用，對(duì)于建筑物內(nèi)部的金屬構(gòu)架與接地不良的金屬器件之間容易發(fā)生火花，這對(duì)存放易燃物品的建筑物，如汽油，有瓦斯的地方，火藥庫(kù)和有大量可燃性微粒飛揚(yáng)的場(chǎng)所，如面粉廠，亞麻廠等有引起爆炸的危險(xiǎn)。局部高電壓對(duì)人身也有相當(dāng)大的危險(xiǎn)。4.2.1雷電的靜電感應(yīng)

31、當(dāng)雷擊發(fā)生后，雷云上所帶的電荷，通過(guò)閃擊與地面的異種電荷迅速中和，而某些局部，例如架空導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷，由于與大地間的電阻比較大，不能在短的時(shí)間內(nèi)消失，這樣就會(huì)形成局部感應(yīng)高電壓，這高電壓從雷擊開始隨時(shí)間的推移而下降，它符合RC電路放電的規(guī)律，即： Vt=Ve-t/RC V=Q/C式中：Vt雷擊發(fā)生后，金屬物與大地之間瞬間的電壓，V； V發(fā)生閃擊那一瞬間，即t等于零那一瞬間，金屬物對(duì)大地的電壓，V； R金屬物對(duì)大地的散流電阻，； C金屬物對(duì)地電容，F(xiàn)； Q金屬物積聚的電荷量，C； t閃擊發(fā)生后延續(xù)的時(shí)間，s。4.2.1雷電的靜電感應(yīng)4.2.2雷電的電磁感應(yīng)與雷電電磁脈沖 由于雷電流有極大幅值和

32、陡度，在它周圍的空間將有強(qiáng)大的、變化的電磁場(chǎng)，處在這電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)。如果在雷電流引下線附近放置一個(gè)開口的金屬環(huán)，環(huán)上的感應(yīng)電勢(shì)足以使氣隙間放電產(chǎn)生火花，這些火花可以引起易燃物品著火或易燃?xì)怏w爆炸。如果回路中有導(dǎo)體接觸不良，也會(huì)使回路過(guò)熱，引起易燃物品燃燒，釀成火災(zāi) 4.2.2雷電的電磁感應(yīng)與雷電電磁脈沖感應(yīng)回路中產(chǎn)生的過(guò)電壓的計(jì)算:回路過(guò)電壓：式中： L金屬環(huán)邊長(zhǎng)；Xi電流柱的距離；dI/dt雷電流的變化率；4.2.2雷電的電磁感應(yīng)與雷電電磁脈沖4.2.2雷電的電磁感應(yīng)與雷電電磁脈沖雷電電磁脈沖定義： 雷電流經(jīng)電阻、電感、電容耦合產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，包含閃電電涌和輻射電磁場(chǎng)。（

33、GB500572010） 是一種干擾源。指閃電直接擊在建筑物防雷裝置和建筑物附近所引起的效應(yīng)。絕大多數(shù)是通過(guò)連接導(dǎo)體的干擾，如雷電流或部分雷電流、被雷電擊中的裝置的電位升高以及電磁輻射干擾。（教科書）4.2.2雷電的電磁感應(yīng)與雷電電磁脈沖 雷電電磁脈沖就是與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射。所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)能夠耦合到電器或電子系統(tǒng)中，從而產(chǎn)生干擾性的浪涌電流或浪涌電壓。雷電電磁脈沖會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、高電位反擊、電磁波輻射等效應(yīng)。一次閃電平均包含上萬(wàn)個(gè)脈沖放電過(guò)程，電流脈沖平均幅值為幾十千安培，持續(xù)時(shí)間幾十到上百微妙，閃電通道大約幾百到幾千米長(zhǎng)，在線到主放電過(guò)程中，其產(chǎn)生的高電位主要損壞電氣設(shè)

34、備及電子設(shè)備，造成計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)中斷，或者產(chǎn)生電弧、電火花而引起火災(zāi)。4.2.3雷電波侵入和暫態(tài)電位抬高 雷電波侵入：閃電發(fā)生時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)線上感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓波后，過(guò)電壓波向兩側(cè)傳播，當(dāng)線路進(jìn)入建筑物內(nèi)時(shí)，將會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)的信息系統(tǒng)或電子設(shè)備造成破壞。這種沿線路進(jìn)入建筑物內(nèi)的感應(yīng)過(guò)電壓波常稱雷電波侵入。 暫態(tài)電位抬高：由電路原理可知，電流流過(guò)有接地電阻和與之電感串聯(lián)的支路時(shí)，將會(huì)在各個(gè)分支的電阻、電感和接地電阻上產(chǎn)生壓降，使防雷裝置中各個(gè)部位對(duì)地電位都有不同程度的升高，由于雷電流持續(xù)時(shí)間短，這種電位升高現(xiàn)象所持續(xù)的時(shí)間也很短，所以稱之為暫態(tài)電位抬高。4.2.3雷電

35、波侵入和暫態(tài)電位抬高暫態(tài)電位抬高表示式：U=IRi+LH di/dt 這種高電位瞬時(shí)可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏到數(shù)百萬(wàn)伏，他會(huì)與周圍金屬體之間發(fā)生空氣擊穿，這就稱為雷電反擊。她它會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞或人員傷亡。4.2.3雷電波侵入和暫態(tài)電位抬高 雷電流在線路上的耦合（阻性耦合，感性耦合，容性耦合）過(guò)程： 阻性耦合：雷電流產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓、電流通過(guò)信號(hào)線或電源線路耦合或傳輸?shù)诫娮釉O(shè)備，造成電子設(shè)備損壞，叫阻性耦合。 感性耦合“雷電流在金屬回路通過(guò)雷電流通道或雷電流的感應(yīng)場(chǎng)而感應(yīng)過(guò)電壓，造成電子設(shè)備損壞，叫感性耦合。 容性耦合：由于接地電阻使雷電通道或接閃器電位升的很高，設(shè)備1、設(shè)備2的信號(hào)線與這種通道或接閃器耦合

36、叫容性耦合。4.2.4操作過(guò)電壓的危害 操作過(guò)電壓：由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)突然變化，系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)，在此過(guò)渡過(guò)程中系統(tǒng)本身的電磁能振蕩而產(chǎn)生的過(guò)電壓。 產(chǎn)生操作過(guò)電壓的原因：是由于電力系統(tǒng)的許多設(shè)備都是儲(chǔ)能元件，在斷路器或隔離開關(guān)開斷的過(guò)程中，儲(chǔ)存在電感中的磁能和儲(chǔ)存在電容中的靜電場(chǎng)能量（電能）發(fā)生了轉(zhuǎn)換、過(guò)渡的振蕩過(guò)程，由振蕩而引起過(guò)電壓。 操作過(guò)電壓的危害： 操作過(guò)電壓是額定電源電壓的倍數(shù)，其值附加在線路上，無(wú)疑會(huì)影響端接的電子設(shè)備； 操作過(guò)電壓引起系統(tǒng)電磁振蕩時(shí)，電路中電能在電阻上轉(zhuǎn)換成熱能損失掉； 操作過(guò)電壓引起系統(tǒng)電磁振蕩時(shí) 會(huì)產(chǎn)生電磁干擾等。5.電磁兼容與防雷 5.1電磁兼容（EMC）的相關(guān)概念 5.1.1電磁干擾的定義 電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。（GB/T4365-1995） 所有對(duì)電氣和電子設(shè)備造成損壞的無(wú)用信號(hào)的電磁現(xiàn)象統(tǒng)稱電磁干擾或電磁噪聲。（現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)）5.1