201306 《防雷技术与科学》知识要点

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1、《防雷技术与科学》课程知识要点第一章闪电知识1.闪电尺度、类型（PPT第一章P3、P10）（教材P1、P3）闪电尺度：闪电是长度大于1km的超长电火花，是一种自然现象，大多数闪电发生在夏季雷暴中，典型的长度为5～10km，最长的可达100km。沙尘电弧放电：呈涡旋运动的沙漠沙尘暴中，会产生几米长的火花，通常，不把这种短距离电火花称为闪电。闪电类型闪电可以分为两类，一类是云内电荷区和地面之间的放电，称为云地闪电(以下简称地闪)；另一类是闪电通道不到达地面的放电，后者称作“云闪”，云闪占闪电总数的绝大部分。完全发生在单个云(或单体)中的云内的闪电被

2、称为云内闪电(最常见闪电)；发生在云和云之间的云闪被称为云际闪电(也很常见，但是比云内闪电少)；云和周围空气之间的放电被称为云空闪电。2.孤立、成熟的雷暴云中电荷分布特点（PPT第一章P8）（教材P2）孤立、成熟的雷暴云的主电荷结构是由其顶部数十库伦的正电荷和底部电荷量与正电荷区相当的负电荷组成。在典型的雷暴云中，发现在主负电荷下方有时也存在一个小的正电荷区，位于大约0℃的高度以下。3.云和地之间的闪电类型（PPT第一章P11、P12）（教材P3）发生在云和地之间的闪电有四种类型，它们之间的区别主要在于起始区域的电荷极性以及起始过程传播方向。大

3、约90％的地闪由起始于负电荷区并向下传播的先导引起（下行负先导），这种闪电将雷暴云中部的主负电荷区中的负电荷向地面输送。大约10％的地闪由起始于正电荷区并向下传播的先导引起（下行正先导），这种闪电将雷暴云上部或下部的正电荷区中的正电荷向地面输送。其余两种地闪(实际上是地对云的放电)类型很少见，它们通常起始于山顶、高塔或者其它高的目标物并向上传输，通常进入雷暴云中的某一个电荷区。4.陆地上空闪电发生原因（PPT第一章P14）（教材）在地球上，大多数的闪电发生在陆地上空，这是因为雷暴电荷产生和分离过程需要的初始条件是潮湿的热空气，而太阳辐射导致的陆

4、地加热是产生热空气的最主要的原因。通常，局地大气越热越潮湿，雷暴和闪电就越多。此外，空气温度随高度降低也有助于暖湿空气的有效抬升。5.全球平均闪电密度（PPT第一章P14）（教材P4、P5）全球每秒钟共发生100次云闪和地闪(各种估算的一个合理的上限值)，平均闪电密度(一个给定区域每年的云闪和地闪数总和)大约是每年每平方千米6次或每年每平方英里16次。陆地上空的闪电密度远远大于6次km-2·a-1。6.下行负极性梯级先导过程（PPT第一章P20、P21、P22）（教材P6）负电荷移向大地的物理机制是一种被称为“梯级先导”的放电现象。地闪中梯级先

5、导的移动并不是连续的，而是以大约50m长的不连续的发光段的形式向下移动，然后停下来，继而再向下移动大约50m。先导每次增加的长度称为一个梯级。在由云内向下延伸的亮度较暗的先导通道中，发光的梯级顶部是暗淡的。每个发光的梯级先导持续时间为1μs。当梯级先导离地面很远时，两个发光的梯级之间的时间间隔为50μs，而当梯级接近地面时，时间间隔会缩短到差不多10μs左右。一个典型的梯级先导接近地面时，在其整个长度中约分布有5C的负电荷，为了使先导通道内的这些电荷变得稳定，整个先导过程必须持续存在平均强度为100～200A的电流。先导内流动的脉冲电流峰值可达

6、1000A。每个梯级先导会产生一个由可见光、射频能量和X射线组成的脉冲。1.单闪击闪电（PPT第一章P29）（教材）闪电信道中的亮度和电流沿通道持续向上传播并且以光速的1／3到1／2沿先导信道的分支向外(向下)传播，这一过程称为首次回击。在首次回击电流停止流动之后，闪电也许会停止，这种放电叫做单闪击闪电。2.后续闪击（PPT第一章P29）（教材）当前一次闪击电流停止后100ms内，之前闪电通道的上部仍有额外的负电荷存在时，第一次闪击之后的闪击(称为“后续闪击”)才会被激发。当有额外的电荷存在时，一个称为“箭式先导”的连续传播的先导(与梯级先导相

7、对)，会沿着之前的回击通道向下移动，然后又一次沿着闪电通道将负电荷从负电荷区泄放。3.正极性梯级先导和负极性梯级先导回击的峰值电流（PPT第一章P34）（教材）正极性梯级先导的梯级没有负极性梯级先导的梯级那么明显。在地面测量到的最大的正极性回击电流峰值比最大的负极性回击电流峰值大得多。最大正极性的回击电流峰值可以超过300kA，而最大负极性的回击电流峰值却很少超过100kA。然而，典型的正极性峰值电流与典型的负极性电流峰值差不多，约30kA。4.电子系统的防护方式（PPT第一章P39）（教材P12）电子系统的防护通过三种方式实现，第一种是屏蔽电

8、磁场，第二种是滤除由闪电产生的有害的高频电流和电压，第三种是使用浪涌抑制设备(通常称为电涌保护器或SPD)，例如火花放电隙和金属氧化物变阻器(MOV)