雷电、雷电危害及防护技术简介

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1、（一）雷电机理1、雷云的形成由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦和其他电离作用，使云团内部产生了大量的带正、负电荷的带电离子，又因空间电场力的作用，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（情况也可以相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷云。雷云的成因主要来自于大气的运动，当雷云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影。如图：2、尖端放电与雷击如果有一个带尖锋的金属球，让它带上负电，由于电荷同性相斥的作用，球体尖锋部分的电子受到同性电荷排斥力最强，最容易被排斥而离开金属球，这就是“尖端放电”。地面

2、上相对较高的建筑物，有时是避雷针，就好比金属球上的尖锋。雷击最容易在这些地方发生。如图所示:3、雷云放电著名的雷云放电理论是“长间隙放电”理论，该理论认为雷云对地放电的过程可以分为四个阶段：即云中放电、对地先导、定向闪击和回闪四个阶段。具体过程是这样的：雷云形成前，首先是云内放电和云间放电频繁，云中放电造成云中电荷的重新分布和电场畸变，当云中电荷密集处的电场强度达到25-30KV/cm的，就会由云团向地开始先导放电。先导放电是步进的，发展的平均速度为105~106m/s，各脉冲间隔约30~90s，每阶段推进约50m，跳跃着逐步向下延伸，当先驱

3、放电距地50m左右，可诱发迎面先导，通常迎面先导来自地面上最突出的部分（尖端放电最易发生处），当对地先导和地面的迎面先导会合时，就形成了从云团到地面的强烈电离通道。步进放电转为定向闪击。定向闪击是沿最短路径进行的，紧接着回闪，这时出现极大的电流，开始雷电的主放电阶段，即雷击，在主放电中雷云与大地之间所聚集的大量电荷，通过先驱放电所开辟的狭小电离通道发生猛烈的电荷中和，放出能量，引发强烈的闪光和雷鸣。主放电的时间极短，约50~100s，主放电过程是逆着先导通道发展的，速度约为光速的1/20~1/2，主放电电流可达数十KA，是全部雷电流的主要部分。主

4、放电到达云端时就结束。然后残余电荷经过主放电通道流过来，产生短暂的余光。由于云中电阻较大，余光阶段的电流只有数百安培。持续时间0.03~0.15秒之间通常一次雷电过程包括3~4次放电。重复放电都是沿着第一次放电通路发生的。3、雷云放电4、雷电的波形及参数雷电波形及参数是防雷工程设计中的重要依据，根据这些数据才可能正确估算电子系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定避雷措施。图1是标准雷电流波型图。可以这样描述一个雷电波，幅值为Im，波头为T1，波长为T2的电流波，记为T1/T2s。图1是标准雷电流波型图。图2标准雷电压波形图图2标准雷电压

5、波形图与标准雷电流波形图不同之处为,图中A点在0.3倍Vm处，且T1=1.67T也可以这样描述一个雷电波，幅值为Vm，波头为T1，波长为T2的电压波，记为T1/T2s。（二）雷电的危害1、雷电热效应的破坏作用闪电表面上看只闪一次，实际上是一系列闪光，在闪光发生的瞬间，雷电流在极短的时间内，以连续的、尖峰脉冲形式通过强大电流。尤其是直击雷，它的放电电流平均达2.5万到4.5万安培间，大雷暴时最高达20万安培。如果雷电击在树木或建筑物件上，被雷击的物体瞬间将产生大量热能，由于雷电流很大，通过的时间又极短（50~100s），根本来不及散发，以致物

6、体内部的水份大量变成蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏。与雷电通道直接接触的金属因高温而熔化的可能性很大，因为通道的温度可高大6000~10000℃，甚至更高。因此在雷电流通道上遇到易燃物质，会引起火灾。2、雷电冲击波的破坏作用闪电时，由于空气受热急剧膨胀，产生一种叫“激波波前”的冲击波。又由于庞大体积的雷云迅速放电而突然收缩，电应力突然解除，会产生一种次声波。这两种冲击波都会引起附近的建筑物、人、畜受到破坏和伤亡。就仿佛炸弹在附近爆炸一样。3、雷电流电动力的破坏作用如果雷击的瞬间两根平行架设的导线的电流I1和I2都等于100KA。两导线

7、的间距为50cm，计算结果表明，这两根导线每米要受到408kg的电动力。408kg/m的力完全有可能将导线折断。折成锐角的导体间也受电动力作用。4、雷电的静电感应作用当空间有带电的雷云时，雷云下的架空导线等处会由于静电感应的作用而带上相反的电荷。当闪电发生后，由于架空导线与大地间的电阻较大，导线上积累的大量电荷不能与大地的异种电荷迅速中和，这就形成了局部地区的感应高电压。这类高电压在高压架空线上可达300~400KV，一般低压架空线路可达100KV，电信线路可达40~60KV，建筑物也会产生相当高的危险高压。这种过电压对接地不良的电气系统有很大的

8、破坏作用，它可以在其路径上的任何金属间隙中产生电弧打火，如果电弧打火发生于易燃场所中（如汽油库、瓦斯厂、火药库等场所），会