第一章 雷电危害与雷电流

1、第一章 雷电危害与雷电流v第一节 大气电场 1.晴天大气电场 地球是一个表面带负电荷的球体，其所带电荷量长期稳定在50万库仑左右，而在地球上空的电离层则带有相等的正电荷。因而在电离层与地面之间存在一个电场，使电离层与地面之间的电压约300KV。晴天大气中始终存在方向垂直向下的大气电场，近地面全球平均大气电场强度约为130V/m。 2.雷雨云的电结构 一般情况下，雷雨云上部有一个正电荷中心，下部有一个负电荷中心，云的底部还有一个少量的正电荷中心。因中间区的负电荷电量最多，对云下空间产生的大气电场起决定作用，当我们在云下方的地面上观测，好像云是带负电的。 3.雷雨天气下的云地大气电场 由于云带负电

2、，在静电感应作用下，云下的地面带正电，形成了垂直向上的云地大气电场。 晴天大气电场等势积雨云 + + + + + + + + + + + 积雨云中电荷的典型分布+ + L4.雷云起电的几种假说v感应起电学说 由于地球带负电，其上空的电离层带有等量的正电荷，于是在电离层与地面之间就形成了一个垂直指向地面的大气电场。 在大气电场的作用下，云中的水滴将被极化，其上部出现负电荷，下部出现正电荷。同时在大气宇宙射线的作用下，空气发生电离，产生正、负离子。极化的水滴在下落过程中与空气中电离产生的离子相遇，水滴下部将俘获负离子，而正离子则被排斥而上升，这样整个水滴就带上了负电荷 。温差起电学说 在冰中有一小

3、部分的分子处于电离状态，形成较轻的H和较重的OH离子。并且其浓度随温度的升高而很快增加，温度较高的部位离子浓度较大，温度较低的部位离子浓度较低。H离子的扩散系数和迁移率比OH离子要大10倍以上，因此当冰中有温度梯度时就会出现离子浓度梯度。由于温度热端起初具有较高的正、负离子，而后沿此浓度梯度，H离子扩散的快，导致正、负离子分离，使冷端获得净的正电荷电量，而热的一端获得净的负电荷，冰体中电荷生成的电场阻止电荷分离的继续，最后达到动态平衡状态。 积雨云中的温差起电有两种方式，一种是积雨云中的冰粒、雹粒相互碰撞接触时，由于温度的差异而发生离子的迁移，在重力和气流的双重作用下，使雷雨云中的正、负电荷分

4、布发生差异；另一种是积雨云中的过冷却水滴，遇凝结核时快速凝结形成冰壳，同时放出潜热，当冰壳内的水逐渐凝结，导致冰壳体积增大而使外层冰壳破裂而产生冰屑。这种冰屑是带正电的，他们较轻而小，易被上升气流携至云的上部。所以，积雨云的上部聚集大量的正电荷。破碎起电学说 雷雨云底部有相当数量的大水滴，其半径超过毫米，在大气电场的作用下，大水滴的上部为负电荷，下部为正电荷。大水滴在强烈的上升气流作用下而破碎。最初水滴被变为扁平状，然后其下表面被气流吹得凹进去，形成以液体圆环为外边界的、环状大口袋，当口袋破裂时产生许多小水滴。较大的水滴带正电荷，较小的水滴带负电荷，由于较小的水滴质量轻，会被上升气流携带到云的

5、上部，而带正电荷的较大水滴因重力沉降聚集在云底附近。因此，雷雨云的底部往往出现一定数量的正电荷。 v第二节 闪电的分类 闪电是指一部分带电的云层与另部分带异电荷的云层，或者是带电云层与地面、物体之间迅猛的放电现象。1.按闪电发生的空间位置分类 云内闪电 云际闪电2.按闪电的形状分类 线状闪电 带状闪电 连珠状闪电 片状闪电 球状闪电3.按闪电的位置分类 云闪 地闪 线状闪电带状闪电片状闪电连珠状闪电 4.按雷电流的正负、有无回击 、先导方向分类地闪的四种类型（l和r分别代表先导和回击,V代表发展方向）第三节 雷电的破坏作用v雷电流的热效应v雷电流的冲击波效应v雷电流的电动力作用v静电感应v电磁

6、感应v高电位引入v雷电反击v跨步电压v接触电压v旁侧闪击 两根载流导体间的电动力的作用 金属屋面建筑物静电感应雷雨云 电磁感应原理第四节 雷击的选择性v尖端物体v导电性良好的物体v土壤电阻率发生突变的区域第五节 雷电流v1闪电中可能出现的三种雷击见附图6.1，其参量应符合附表6.1附表6.3的规定。雷击参数的定义应按附图6.2确定。v2对雷电流的电荷量Qs和单位能量可近似按下列计算式计算。 Qs = (10.7)IT2 （C） WR = (12)(10.7)I2T2 （J/） 式中 I 雷电流幅值（A）； T2半值时间（s）。 短时雷击 长时间雷击 短时首次雷击后续雷击长时间雷击 首次雷击的雷

7、电流参量首次雷击的雷电流参量 雷电流参数雷电流参数防雷建筑物类别防雷建筑物类别一类二类三类I 幅值（kA）200150100T1波头时间（s）101010T2半值时间（s）350350350Qs电荷量（C）1007550W/R单位能量（MJ/）105.62.5 注： 1.因为全部电荷量Qs的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的电荷量。 2.由于单位能量W/R的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的单位能量。后续雷击参量 雷电流参数雷电流参数防雷建筑物类别防雷建筑物类别一类一类二类二类三类三类I 幅值（kA）5037.525T1波头时间（s）

8、0.250.250.25T2半值时间（s）100100100I/T1平均陡度（kA/s）200150100 长时间雷击的雷电流参量长时间雷击的雷电流参量 雷电流参数雷电流参数防雷建筑物类别防雷建筑物类别一类一类二类二类三类三类Ql电荷量（C）200150100T时间（s）0.50.50.5 第六节 几个基本概念v直击雷 闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者 。v雷电感应 闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花 。 v静电感应 由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如不就近泄入地中就会产生很高的电位 。v电磁感应 由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势 。v雷电波浸入 由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。 v雷击 闪击中的一次放电 。v短时雷击 脉冲电流的半值时间T2短于2ms的雷击 。v