雷电基础知识

1、雷电基础知识zfy1、了解雷电的发展史1.1、 中国古代对雷电的认识我国古代对电的认识，是从雷电及摩擦起电现象开始的。早在3000多年前的殷商时期，甲骨文中就有了“雷”及“电”的形声字。西周初期，在青铜器上就已经出现加雨字偏旁的“電”字。1.1、 中国古代对雷电的认识王充在论衡雷虚篇中写道：“云雨至则雷电击”，明确地提出云与雷电之间的关系。在其后的古代典籍中，关于雷电及其灾害的记述十分丰富，其中尤以明代张居正（15251582）关于球形闪电的记载最为精彩，他在细致入微的观察的基础上，详细地记述了闪电火球大小、形状、颜色、出现的时间等，留下了可靠而宝贵的文字资料。1.1、 中国古代对雷电的认识在

2、细致观察的同时，人们也在探讨雷电的成因。淮南子坠形训认为，“阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。王充也持类似看法。明代刘基（13111375）说得更为明确：“雷者，天气之郁而激而发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”。可见，当时已有人认识到雷电是同一自然现象的不同表现。1.1、 中国古代对雷电的认识尖端放电也是一种常见的电现象。古代兵器多为长矛、剑、戟，而矛、戟锋刃尖利，常常可导致尖端放电发生，因这一现象多有记述。如汉书西域记中就有“元始中（公元3年）矛端生火”，晋代搜神记中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛”。1.1、 中国古代对雷电的认识避雷针是尖端

3、放电的具体应用，我国古代地采用各种措施防雷。古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，高大建筑物的瓦饰制成动物（吻兽）形状且冲天装设，都起到了避雷作用。如武当山主峰峰顶矗立着一座金殿，至今已有500多年历史，虽高耸于峰巅却从没有受过雷击。1.1、 中国古代对雷电的认识金殿是一座全铜建筑，顶部设计十分精巧。除脊饰之外，曲率均不太大，这样的脊饰就起到了避雷针作用。每当雷雨时节，云层与金殿之间存在巨大电势差，通过脊饰放电产生电弧，电弧使空气急剧膨胀，电弧变形如硕大火球。其时雷声惊天动地，闪电激绕如金蛇狂舞，硕大火球在金殿顶部激跃翻滚，蔚为壮观。雷雨过后，金殿经过水与火的洗炼，变得更为金光灿灿。如此巧妙的避雷措施，

4、令人叹为观止。1.2、 欧美雷电科学的建立 16世纪，现代科学先驱英国的弗兰西斯-培根、法国的勒内笛卡儿、意大利的伽利略等人在反对宗教封建神学和经验哲学的斗争的潮流中倡导和宣传了正确的科学思想和可选方法，对当时和后人产生了极大影响，把科学实验提到了很重要的地位。在这个基础上建立理性思维，怀疑一切教条和无根据的论断。很多学者进行了试验和观察，在18世纪中叶对电的本性建立了科学认识，在这个基础上很快把雷电的神学面纱揭穿，从而初步建立了雷电科学。1.2、 欧美雷电科学的建立 只有在电学有了一定的发展之后，方有了对闪电科学认识的条件。第一个把实验室中的电与自然界的闪电发生联系的人是曾任英国伦敦皇家学会

5、馆长的豪克斯比(Hauksbee)。1706年他用玻璃棒摩擦带电，研究它的发光，看到静电产生的闪光和闪电相似，而发生了联想，这种猜测已接触到物理学的本质，可以认为是对闪电进入了科学认识之门，这还仍不能认为是对闪电有了科学认识，因为他没有建立在科学实验的论证上。 1.2、 欧美雷电科学的建立第一个达到这一步的是美国杰出科学家富兰克林（Franklin1706-1790）,他先是在实验室内进行一系列电学实验，论证了实验室内静电放电现象与天空闪电的种种类似性，以科学的理性思维探索闪电的本质。富兰克林之卓越贡献和成就在于他又迈出了决定性的一步，那就是把云中的闪电引到地面上来做实验检定，从科学实验上来证

6、明自己的理性判断。他所设计的著名的风筝实验，许多科学家重复他的实验，一起来认识这个科学判断，闪电就是静电产生的火花放电。1.3、接闪杆（避雷针）的发明 现代避雷针是美国科学家富兰克林发明的。富兰克林认为闪电是一种放电现象。为了证明这一点，他在1752年7月的一个雷雨天，冒着被雷击的危险，将一个系着长长金属导线的风筝放飞进雷雨云中，在金属线末端拴了一串铜钥匙。当雷电发生时，富兰克林手接近钥匙，钥匙上迸出一串电火花。手上还有麻木感。幸亏这次传下来的闪电比较弱，富兰克林没有受伤。1.3、接闪杆的发明在成功地进行了捕捉雷电的风筝实验之后，富兰克林在研究闪电与人工摩擦产生的电的一致性时，他就从两者的类比

7、中作出过这样的推测：既然人工产生的电能被尖端吸收，那么闪电也能被尖端吸收。他由此设计了风筝实验，而风筝实验的成功反过来又证实了他的推测。1.3、接闪杆的发明他由此设想，若能在高物上安置一种尖端装置，就有可能把雷电引入地下。富兰克林把一根数米长的细铁棒固定在高大建筑物的顶端，在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开。然后用一根导线与铁棒底端连接，再将导线引入地下。富兰克林把这种避雷装置称为避雷针。经过试用，果然能起避雷的作用。避雷针的发明是早期电学研究中的第一个有重大应用价值的技术成果。 1.3、接闪杆的发明而避雷针在最初发明与推广应用时，教会曾把它视为不祥之物，说是装上了富兰克林的这种东西，不但不能避雷

8、，反而会引起上帝的震怒而遭到雷击。但是，在费城等地，拒绝安置避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击。而比教堂更高的建筑物由于已装上避雷针，在大雷雨中却安然无恙。 由于避雷针已在费城等地初显神威，它立即传到北美各地，随后又传入欧洲 1.4、现代雷电科学的发展 富兰克林对闪电的认识只是解决雷电的定性问题，要跨入定量的认识，必须解决实验仪器和方法，整整100多年来，人们对雷电的认识没有明显的进展。英国开尔文男爵（1824-1907）是第一位对大气电学作出重要贡献的学者，开创了定量研究闪电物理的工作，他对实验研究和理论探索做出了关键性贡献。他建议用气球携带仪器探测高空不同高度的电场，要考虑大气的导

9、电性，要研究雨的起电机理，要用照相记录作为研究的一种方法。1.4、现代雷电科学的发展 从20世纪初开始，大气科学开始有了长足发展，沃尔特（Walter）等一些科学家终于用移动照相机实现了开尔文的设想，拍出了一批闪电照片，显示了闪电的过程及其特征，其数据还一直沿用至今，这是一个重大突破。人们认识了闪电是由梯式先导开始的闪电全过程包括有多次闪击放电。 二次世界大战期间发展起来的无线电遥控技术、飞机的改造，为大气探测创造了条件。用飞机穿入雷雨云中和用地面无线电遥测，是人们对雷雨云的电结构、闪电发展物理过程和雷电的起电机制的认识大大进了一步，这为人们研究雷电防护提供了科学基础。 1.5防雷工程技术的发

10、展美国科学家富兰克林发明避雷针之后，这一防雷工程技术延用了百余年毫无进展。由于实际需要没有变化，避雷针还没显示出其局限性。1876年贝尔发明了电话，由于适应了社会的需要，发展极快，1880年仅美国就有了48000台。架空长导线出现了，它就成了闪电袭击的新对象，为了保护通讯设备和人身安全，于是就出现了第二种避雷装置导电器，他实际是一个火花隙。他达到了闪电在导线上产生的高电压通过击穿火花隙泄放入地。这就是最原始的避雷器。1.5防雷工程技术的发展 随着电力的发展，输电线路常长遭到雷击，为保护输电线路，又出现了磁吹避雷器和阀型避雷器。 1914年德国科学家又提出了用接地避雷线来保护100KV以上高压线

11、路。后来又出现了避雷带，50年代又出现了笼式避雷网。 80年代至今，随着微电子设备的大量出现和使用，雷灾也跟踪而至，防雷工程技术从防直击雷、雷电感应进入雷击电磁脉冲LEMP的防护。 1.6现代防雷新特点现代的防雷工程技术已进入一个新时期，要考虑闪电的各种物理特性和作用而实行三维空间的综合防护措施。以往的防雷主要是强电系统，是一维或是二维空间的防御，而现在的防雷则转向全方位综合防护的方法，即躲避、接闪、分流、等电位、屏蔽、合理布线和接地。防雷工程技术面临着一个大转折，包括观念上、方法上的转变，并将其纳入法制管理的轨道 。 2雷电的形成和分类2.1、了解雷电的形成：2.1.1雷云形成的物理过程当地

12、面含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被抬高都会产生向上的气流。这些含大量水蒸气的空气上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹（称为水成物），这些水成物受大气电场、重力、对流以及温差、碰撞感应、破碎等起电效应的同时作用，正负电荷分别在云的不同部位积聚，就形成了积雨云，即雷雨云。2.1.1雷云形成的物理过程 积雨云的特征： 积雨云就是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏季这种升温更为明显，所以近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原

13、理它就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大，就要下沉。2.1.1雷云形成的物理过程 热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换，于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随高度逐渐增多。在冻结高度（-10），由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，形成云砧，是积雨云的显著特征。2.1.2雷云的结构 （含正极性闪击、负极性闪击）根据雷雨云电荷分布模型，宏观上分为三个电荷集中区。云中最高的集中区是正电荷，中间区为负电荷，最低区为正电荷。云层带正电荷区对地放电称为正极性

14、闪电，云层带负电荷对地放电称为负极性闪电。正极性闪电时正电荷由云到地，为正值，负极性闪电时负电荷由云到地，故为负值。雷雨下部虽带正电，但电荷量较少，所以，雷雨云绝大部分整体对地还是显示为负电荷区2.1.2雷云的结构 （含正极性闪击、负极性闪击）2.1.3雷云起电机制关于积雨云电荷的产生原因有很多学说，我们这里介绍几个公认比较成熟的学说：A感应起电：大量科学研究表明，地球本身就是一个电容器，通常稳定地带50万库仑的负电荷，而地球上空有一个带正电的电离层，这样形成了一个已经充电的电容器，它们之间的电压大约为300千伏，上正下负。2.1.3雷云起电机制A感应起电：积雨云中的云粒子（雾滴和冰晶）在大气

15、电场中感生电荷，上负下正。云粒子下降过程中一方面吸引上升气流中的大气负离子，使云粒子下端的正电荷中和，另一方面，上升气流中的中性粒子与云粒子下部碰撞，一部分被捕获增大云粒子，另一部分被弹开也带走了正电荷，使云粒子整体显现负电性。上升气流中的大气正离子和带正电荷的粒子相对云粒子来说体积小，整体呈上升趋势。造成云体上正下负的电荷分布特性。另有极少量带正电粒子在云体本身电场作用下保持在云体底部。 2.1.3雷云起电机制B温差起电：实验表明冰具有热电效应，冰晶中总存在带正电的氢离子H+和带负电的氢氧根离子OH-，离子浓度随温度升高而增大，冰晶两端温度有差异时，热端离子浓度高，冷端低，发生扩散现象，两种

16、离子都会从热端向冷端运动，氢离子质量小，速度快，先到达冷端从而导致冷端带正电，建立起静电场，形成冷正热负的电偶极子，这就是冰的热电现象的微观。2.1.3雷云起电机制B温差起电： 积雨云的温差起电的两种方式：冰晶、雹粒相互碰撞摩擦若有温差时就会发生热电效应，引起离子迁移，当两者分开时，都带上了电，在重力和气流作用下相互分离，这就出现了积雨云中正、负电荷的分布区。 过冷液滴与冰晶或雹粒接触，过冷却水有了凝结核而发生相变，迅速变为固体，同时放出潜热，他使冰块内部温度升高膨胀、导致外部破裂成碎屑，又由于潜热温差出现热电效应，冰核带上了负电荷，轻小的碎屑带上正电荷被上升气流携带积聚在云体上部，造成云体上

17、正下负的电荷分布特性。2.1.3雷云起电机制C 对流起电：云的对流运动反抗着电场施加的力，输送把云底以下低层大气净正离子电荷带到云内直至云的上部，并在云的上部积聚形成正电荷中心，在这正的中心形成的电场作用下，形成向上的传导电流，云顶以上还有电离层的负离子向下移动到云顶，因此，云顶以上带负离子，他们随着对流云体四周围下沉气流沿着云体侧面下降到云体下部，在云的下部形成负电荷中心，使地面产生尖端放电，形成大量正离子，这些正离子又随对流上升气流到云体上部，进一步加强了云上部的正电荷中心，同时又吸引上方电离层的负离子。2.1.3雷云起电机制2.1.3雷云起电机制 D.破碎起电：云内大水滴下降时受到气流的

18、作用变得不稳定，变形破碎，生成许多小水滴和几个较大水滴。破碎时小水滴带负电，较大水滴带正电，小水滴相对较轻，容易被上升气流携带到云体上方，小水滴质量轻被上升气流带到云层上部，大水滴质量重则留在下层或降落到地面，这样便形成了带电荷云层的分离过程。当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，形成雷电。（实验证明：水滴分裂时，确实大水珠带正电荷，小水珠带负电荷这一理论；分裂水滴所需气流的速度为3-8m/s,这正是雷云中上升气流的速度）形成上负下正的带电云体。 2.1.3雷云起电机制E.水滴冻结起电：水滴在冻结过程中会产生电荷，冰晶带正电荷，水滴带负电荷，当上升气流把冰晶上的水分带走时，就会

19、导致电荷分离，而使雷雨云带电。2.2熟悉雷电的分类（形状分类、空间位置分类） 2.2.1闪电的部位 按空间分类分为：云内闪、云际闪和云地闪。2.2.2闪电的形状 按形状分类分为：线状闪电、片状闪电、带状闪电、联珠状闪电和球形闪电等。2.2熟悉闪电的分类（形状分类、空间位置分类）2.2.3闪电的声音 闪电通路中的空气突然剧烈增热，使它的温度高达1500020000，因而造成空气急剧膨胀，通道附近的气压可增至一百个大气压以上。紧接着，又发生迅速冷却，空气很快收缩，压力减低。这一骤胀骤缩都发生在千分之几秒的短暂时间内，所以在闪电爆发的一刹那间，会产生冲击波。冲击波以5000米/秒的速度向四面八方传播

20、，在传播过程中，它的能量很快衰减，而波长则逐渐增长。在闪电发生后0.10.3秒，冲击波就演变成声波，这就是我们听见的雷声。2.2.4地闪地闪是指云内荷电中心和大地之间的放电过程，亦指与大地和地物接触发生的闪电。正地闪：闪电电流为正（向下）的称正地闪；通常云底荷正电荷，地面为负电荷。负地闪：闪电电流为负（向上）的称负地闪；通常云底荷负电荷，地面为正电荷。正地闪明显少于负地闪。地闪的分类和特征：分八类：1a负云闪、1b下行负雷、2a向上正先导-连续负放电、2b向上正先导-多闪击负放电、3a正云闪、3b向下正闪、4a向上负先导（山地）、4b上行正雷。3.雷电和雷电流参数 3.1雷电参数 3.1.1

21、了解雷电的季节分布和日变化规律雷电的季节分布：雷电活动夏季最多，春秋次之，冬季最少。雷电出现的开始月份一般从南向北，由东向西逐渐推迟，而终止月份大多在9月、10月份。最多的月份是7月份。雷电的日变化规律：多出现在午后到深夜(1224时),其中1517时和1920时存在两个峰值。3.1.2雷暴日与雷电小时 雷暴小时：即在一个小时内只要听到一次或一次以上的雷声就算一个雷暴小时，我国大部分地区一个雷暴日大约为3个雷暴小时。雷暴小时日的统计分为日雷暴小时、月雷暴小时、季雷暴小时和年雷暴小时。雷暴日：指该天发生雷暴的日子，即在一天内，只要听到雷声一次或一次以上的就算一个雷暴日，而不论该天雷暴发生的次数和

22、持续时间。雷暴日的统计分为月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日。3.1.2雷暴日与雷电小时我国各地雷暴日的多少和纬度及距海洋的远近有关。海南岛及广东的雷州半岛雷电活动频繁而强烈，平均年雷暴日高达100133。北回归线（北纬23.4）以南一般在80以上（但台湾省只有40天左右），北纬23.4到长江一带约为4080，长江以北大部地区（包括东北）多在2040，西北多在20以下。西藏沿雅鲁藏布江一带约达5080。我国把年平均雷暴日不超过15的叫少雷区，超过40的叫多雷区，超过90的叫强雷区。3.1.2雷暴日与雷电小时3.1雷电参数 3.1.3地面落雷密度地面落雷密度：每个雷暴日每平方千米的平均落雷次数，又称闪

23、电频数。即：Ng=0.1Td Td年平均雷暴日。3.1.4雷电流波形 雷电流波形无论是首次雷击还是后续雷击都是一段很短或较短的时间上升到幅值，然后再由幅值缓慢地下降，呈现出拱形脉冲形状。雷电流具有电流所具有的一切效应，不同的是它在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流。尤其是直击雷，它的峰值有几十千安培，甚至几百千安培。雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80%-90%的雷电流是负极性的（负地闪）。雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3-4次放电，通常第一次放电的电流幅值高。 3.1.4雷电流波形雷电流幅值：雷电流波形上的最大值。波头时间：雷电流波形上从起始点上升到幅值所需的时间。当电雷流上升速度越

24、快，其曲线也越陡，陡度越大，引起的感应雷过电压幅值就越大半幅值时间： 从起始点上升到幅值后再下降到半幅值所的时间。3.1.4雷电流波形3.1.4雷电流波形3.1.4雷电流波形3.雷电和雷电流参数3.2雷电流与雷电过电压的近似表示雷电峰值电流：典型值 A左右，变化范围.雷电过电压：几百万伏到几千万伏，个别的可达上亿伏。3.2.1雷电流幅值的累积概率 雷电流幅值I的累积概率分布可用式lgP=-I/k表示，式中P为雷电流大于（含等于）I的概率，I单位为kA，k是一个常数，它主要与所考虑地区年平均雷暴日数。3.2.1雷电流幅值的累积概率 3.2.1雷电流幅值的累积概率3.2.1雷电流幅值的累积概率3.

25、2.2雷电流的等值波形 大量的观测资料给出了各种各样强度不同的波形，对任一波形，人们都很难用一个确切的数学分析式来表示，给防雷工程设计中定量计算带来了困难，为了便于定量分析，在防雷工程设计中，人们对雷电波形进行了仔细分析，总结、归纳了几种可用解析式进行表达的波形，已进行工程计算，这就是等值波形。这些等值波形分别由下列形式给出。3.2.2雷电流的等值波形3.2.2雷电流的等值波形3.2.2雷电流的等值波形3.2.3几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式 3.2.3几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式3.2.3几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式3.2.4能量与频谱 防雷分析和保护装置试验时，

26、常需要估算在给定波形的雷电流或雷电过电压作用下，由他们向负载设备所传输能量，以考察负载设备的耐受性。另外，对于保护装置（主要是低通滤波器）设计和雷电暂态响应计算来说，常常要对雷电流雷电过电压波形进行频谱分析，以估计波形中各次频率谐波分量的分布。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。3.2.4能量与频谱 能量的估算闪电电流或雷电过电压向负载设备传送能量可分为两种典型情况，第一种是向负载电阻传送能量，第二种是向恒压负载传送能量。前者可表示电子设备负载，后者可表示保护元件（压敏电阻和雪崩二极管），雷电流或雷电过电压向负载传送的能量将被负载所吸收。 频谱

27、分析对于雷电流或雷电过电压波形的时域进行傅里叶变换，可以获得它的频谱函数。3.2.4能量与频谱3.2.4能量与频谱3.2.4能量与频谱3.2.4能量与频谱3.2.4能量与频谱3.2.4能量与频谱3.2.4能量与频谱4.雷电的危害 4.1直击雷的危害 4.1.1雷电流的热效应 雷击点注入电流达数十到数百千安培，其热效应可在雷击点局部范围内产生可达6000-10000，它可以使金属、输电线路融化，树木草堆被引燃等。式中：Q热量，J i雷击点电流 R雷击通道电阻 雷击点温升的计算：T=Q/mc式中：T温升，K m通过雷电流物体的质量 C通过雷电流物体的比热容，J/kgK4.1.2雷电流的电动力（机械

28、力）效应 由物理学可知，在载电流的导体周围空间存在磁场，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用。两条载流导体相互间有作用力存在，我们把这种作用力叫做电动力。雷击的时候，由于电动力的作用有可能使导线被折断炸裂。一条导线或金属构件的弯曲部分有电流通过的时候拐弯部分将受到电动力作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。所以，应当将接闪带、引下线等在拐弯的夹角弯成直角或钝角。4.1.2雷电流的电动力（机械力）效应4.1.3雷电流的内压力和冲击波效应及危害 内压力效应及危害 由于瞬间雷电流很大，通过时间又很短，如果雷电击中树木或建筑物构件上，被击中的物体将产生大量的热量，又来不及散发以致物体内部的水分大量

29、变成蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的压力而爆炸，造成破坏。4.1.3雷电流的内压力和冲击波效应及危害 雷电流的冲击波效应及危害由于雷电通道中空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的空气被强烈压缩形成“激波”。“激波”到达的地方，空气密度、压力和温度都会突然增加。“激波”过后，该区域内空气压力下降，直到低于大气压力。这种“激波”在空气中传播，会使附近的建筑物受到破坏，人、牲畜受到伤害，这种冲击波的作用就如同炸药在爆炸时对附近的建筑物、人和牲畜的损害一样。4.2雷击电磁脉冲的危害 4.2.1雷电的静电感应 当金属物处于雷云和大地电场中时，使金属物上感应出与雷云符号相反的电荷。静电感应高电

30、压，在高压架空线路可达300-400KV，一般低压架空线路可达100KV。电讯线路可达40-60KV，建筑物也可以产生相当高的有危险的电压。雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和。其它导体上的感应电荷由于失去了电场的约束得到释放，4.2.1雷电的静电感应如没有被中和或不就近泄入地中就会产生很高的电位，这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用，对于建筑物内部的金属构架与接地不良的金属器件之间容易发生火花，这对存放易燃物品的建筑物，如汽油，有瓦斯的地方，火药库和有大量可燃性微粒飞扬的场所，如面粉厂，亚麻厂等有引起爆炸的危险。局部高电压对人身也有相当大的危险。4.2.1雷电的静电感应

31、当雷击发生后，雷云上所带的电荷，通过闪击与地面的异种电荷迅速中和，而某些局部，例如架空导线上的感应电荷，由于与大地间的电阻比较大，不能在短的时间内消失，这样就会形成局部感应高电压，这高电压从雷击开始随时间的推移而下降，它符合RC电路放电的规律，即： Vt=Ve-t/RC V=Q/C式中：Vt雷击发生后，金属物与大地之间瞬间的电压，V； V发生闪击那一瞬间，即t等于零那一瞬间，金属物对大地的电压，V； R金属物对大地的散流电阻，； C金属物对地电容，F； Q金属物积聚的电荷量，C； t闪击发生后延续的时间，s。4.2.1雷电的静电感应4.2.2雷电的电磁感应与雷电电磁脉冲 由于雷电流有极大幅值和

32、陡度，在它周围的空间将有强大的、变化的电磁场，处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。如果在雷电流引下线附近放置一个开口的金属环，环上的感应电势足以使气隙间放电产生火花，这些火花可以引起易燃物品着火或易燃气体爆炸。如果回路中有导体接触不良，也会使回路过热，引起易燃物品燃烧，酿成火灾 4.2.2雷电的电磁感应与雷电电磁脉冲感应回路中产生的过电压的计算:回路过电压：式中： L金属环边长；Xi电流柱的距离；dI/dt雷电流的变化率；4.2.2雷电的电磁感应与雷电电磁脉冲4.2.2雷电的电磁感应与雷电电磁脉冲雷电电磁脉冲定义： 雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应，包含闪电电涌和辐射电磁场。（

33、GB500572010） 是一种干扰源。指闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。（教科书）4.2.2雷电的电磁感应与雷电电磁脉冲 雷电电磁脉冲就是与雷电放电相联系的电磁辐射。所产生的电场和磁场能够耦合到电器或电子系统中，从而产生干扰性的浪涌电流或浪涌电压。雷电电磁脉冲会产生静电感应、电磁感应、高电位反击、电磁波辐射等效应。一次闪电平均包含上万个脉冲放电过程，电流脉冲平均幅值为几十千安培，持续时间几十到上百微妙，闪电通道大约几百到几千米长，在线到主放电过程中，其产生的高电位主要损坏电气设

34、备及电子设备，造成计算机信息系统中断，或者产生电弧、电火花而引起火灾。4.2.3雷电波侵入和暂态电位抬高 雷电波侵入：闪电发生时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，当导线上感应产生过电压波后，过电压波向两侧传播，当线路进入建筑物内时，将会对建筑物内的信息系统或电子设备造成破坏。这种沿线路进入建筑物内的感应过电压波常称雷电波侵入。 暂态电位抬高：由电路原理可知，电流流过有接地电阻和与之电感串联的支路时，将会在各个分支的电阻、电感和接地电阻上产生压降，使防雷装置中各个部位对地电位都有不同程度的升高，由于雷电流持续时间短，这种电位升高现象所持续的时间也很短，所以称之为暂态电位抬高。4.2.3雷电

35、波侵入和暂态电位抬高暂态电位抬高表示式：U=IRi+LH di/dt 这种高电位瞬时可高达数十万伏到数百万伏，他会与周围金属体之间发生空气击穿，这就称为雷电反击。她它会导致设备损坏或人员伤亡。4.2.3雷电波侵入和暂态电位抬高 雷电流在线路上的耦合（阻性耦合，感性耦合，容性耦合）过程： 阻性耦合：雷电流产生的暂态过电压、电流通过信号线或电源线路耦合或传输到电子设备，造成电子设备损坏，叫阻性耦合。 感性耦合“雷电流在金属回路通过雷电流通道或雷电流的感应场而感应过电压，造成电子设备损坏，叫感性耦合。 容性耦合：由于接地电阻使雷电通道或接闪器电位升的很高，设备1、设备2的信号线与这种通道或接闪器耦合

36、叫容性耦合。4.2.4操作过电压的危害 操作过电压：由于操作(如断路器的合闸和分闸)、故障或其他原因，使系统参数突然变化，系统由一种状态转换为另一种状态，在此过渡过程中系统本身的电磁能振荡而产生的过电压。 产生操作过电压的原因：是由于电力系统的许多设备都是储能元件，在断路器或隔离开关开断的过程中，储存在电感中的磁能和储存在电容中的静电场能量（电能）发生了转换、过渡的振荡过程，由振荡而引起过电压。 操作过电压的危害： 操作过电压是额定电源电压的倍数，其值附加在线路上，无疑会影响端接的电子设备； 操作过电压引起系统电磁振荡时，电路中电能在电阻上转换成热能损失掉； 操作过电压引起系统电磁振荡时 会产生电磁干扰等。5.电磁兼容与防雷 5.1电磁兼容（EMC）的相关概念 5.1.1电磁干扰的定义 电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。（GB/T4365-1995） 所有对电气和电子设备造成损坏的无用信号的电磁现象统称电磁干扰或电磁噪声。（现代防雷技术基础）5.1