电力系统绝缘保护 过电压防护 雷云放电和大气过电压

雷电过电压及其防护雷云放电和大气过电压第一章防雷保护基本措施第二章闪电雷（雨）云雷云放电和大气过电压雷电单位基本参数雷电放电形式及危害01雷电放电和大气过电压雷（雨）云本节研究的基本问题（1）大气中的雷电是如何产生的？（2）雷电现象有那些表现形式？（3）雷电流的特征是什么？（4）它是怎样危害人的生命和财产的？雷电放电和大气过电压雷（雨）云雷（雨）云的形成1、常见云的分类：卷云、卷层云、卷积云、高层云、高积云、层积云、雨层云、积云、积雨云共9种。2、雷（雨）云：指产生闪电的云，即积雨云。雷电放电和大气过电压雷（雨）云3、积雨云的形成形成雷（雨）云的三个条件：（1）空气中必须含有充分的水蒸气；（2）太阳照射，水蒸气上升凝结成小水滴；（3）大气对流。积云阶段秃积雨云阶段鬃积雨云阶段雷电放电和大气过电压雷（雨）云（a）积云阶段：由一个或多个云塔表征（c）消散阶段：由下沉气流和不断削弱的对流性降雨表征（b）成熟阶段：由同时存在的上升气流和下沉气流以及降雨共同表征雷电放电和大气过电压雷（雨）云雷（雨）云的电结构1、雷（雨）云的分成三个电荷集中区（公认的典型电结构模型）。由于负电荷中心离地面近，正电荷中心离地面远，地面观测云多数带负电。高度（km）108642+4C-20C+24C-300

C-80

C-1.50

C最高集中区为正电荷中间集中区为负电荷最低集中区为正电荷雷电放电和大气过电压雷（雨）云2、雷（雨）云中电荷分布结构受地理位置影响（1）电荷分布状况不相同；（2）集中区高度不相同；（3）温度分布不相同；（4）云体尺寸大小不相同。雷（雨）云的起电机制1、感应起电学说：水滴（也可能是冰晶、雹粒）在垂直大气电场中感应电荷，下端为正、上端为负，与大气中上升的负离子的电荷中和，使水滴带负电，形成雷（雨）云起电后的电荷分布。雷电放电和大气过电压雷（雨）云2、温差起电学说：冰块中同时存在氢离子（H+）和氢氧根离子（OH），由于冰块两端温度不同，会产生发生离子扩散现象。氢离子质量轻，扩散快，冷端呈现带正电。在对流气流和重力的作用下，形成雷（雨）云起电后的电荷分布。3、破碎起电学说：由于大气电场的感应极化，大水滴下降时，受到气流作用发生破碎形成许多小水滴和几个较大水滴。小水滴带负电，较大水滴带正电。由于云中的电荷增多，大气电场又增大，如此循环，形成雷（雨）云起电后的电荷分布。雷电放电和大气过电压雷（雨）云4、冻结起电学说：云中冷水滴与雹粒接触时，过冷水滴有了凝结核，发生相变，迅速变成冰。释放的潜热又使冰的外壳破裂成冰屑，冰屑带正电随气流上升，较大的水滴带负电留在原地或约下降，形成雷（雨）云起电后的电荷分布。雷（雨）云中部温度在0~-100C，是过冷水滴最多的区域，所以中部负电荷较多。闪电雷（雨）云雷云放电和大气过电压雷电单位基本参数雷电放电形式及危害01雷电放电和大气过电压闪电闪电及分类

1、闪电：指雷（雨）云中不同部分之间聚集的电荷形成的电场（可达几百万伏/米），把云内或云外的大气层击穿，产生的强火花放电。2、按闪电方式分类（1）云内闪电：带电云层内部击穿放电。（2）云际闪电：一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层之间的击穿放电。（3）云地闪电：带电的云层对大地之间的击穿放电。3、按闪电形状分类（1）线状闪电：常发生在云地之间。（2）带状闪电：线状闪电的特殊情形。（3）片状闪电：发生在云际之间的线状闪电的特殊情形。雷电放电和大气过电压闪电（4）联珠闪电：强线状闪电中偶尔出现的一种特殊现象。（5）球状闪电：具有强烈的电磁效应和穿透金属能力，形如火球，也称球闪或滚地雷。线状闪电雷电放电和大气过电压闪电云内闪电雷电放电和大气过电压闪电球状闪电雷电放电和大气过电压闪电雷电放电和大气过电压闪电云地闪（简称地闪）的结构1、地闪应具备的特殊条件（1）大地作为导体，感应的正电荷可以自由流动。（2）积雨云中带电粒子之间仍是绝缘的空气。（3）足够大的电场使绝缘的空气击穿，形成导电通道。雷电放电和大气过电压闪电2、地闪的全过程（1）积雨云中层的负电荷区与下层正电荷区之间的的强电场产生局部区域击穿，负电荷区扩展到积雨云下部，形成流光。（2）扩展的结果使积雨云下端与大地之间的电场强度增大，致使云下端某些特殊地点的空气先击穿，形成向下发展的流光，即形成一段（级）导电通道，在导电通道前端会累集大量负电荷。雷电放电和大气过电压闪电（3）累积的结果，又使下面空气被击穿，这样不断重复上述过程，导电通道逐步向下发展，即形成梯级先导。此过程时间约20ms。几个参数：每级通道变化范围约3~200m平均速度约1.5~107cm/s间隙时间约30~125us每一级的推进速度约5~109cm/s通道直径约1~10m每一级的击穿方向是不确定的折线雷电放电和大气过电压闪电（4）经过多次击穿，当梯级先导的通道前端达到离地面很近（约10~20m）的距离时，向下扩展的趋势直接受地面物的影响，此时发生电击穿，会形成由地面物冲出一段明亮无比的光柱（闪电），沿着导电通道冲向积雨云完成一次回击放电（称主放电）。同时温度陡升，空气骤胀，形成爆炸波，即雷声。几个参数：回击电流可达10kA。回击速度约2×109~2×1010cm/s回击通道直径约0.1~0.23cm回击通道温度可达100000C回击时间约60us梯级先导雷电放电和大气过电压闪电（5）由梯级先导到回击完地闪的第一次放电闪击，约过几十毫秒还会出现第二次放电闪击。此过程，先导是沿旧导电通道，称“直窜先导”或“箭式先导”。平均速度约2×108cm/s。根据积雨云电荷量的多少，可能会有多次回击，直到积雨云中的电荷消耗尽为止。闪电雷（雨）云雷云放电和大气过电压雷电单位基本参数雷电放电形式及危害01雷电放电和大气过电压雷电单位基本参数雷暴日和雷暴小时用来表征不同地区雷电活动的频繁程度。1、雷暴日指一年中有雷电放电的平均天数。不足15天为少雷区；超过40天为多雷区，大于90天为强雷区。2、雷暴与地球表面纬度的关系纬度愈低雷暴天数愈多。赤道地带100~150天，热带75~100天，中纬度地带50~80天，两极地区仅有几天。3、我国雷暴日分布长江以北15~40天，以南40天以上；西北15天以下，海南及雷州半岛高达100~133天。雷电放电和大气过电压雷电单位基本参数中国各主要城市雷暴天数地名平均全年日期最早初日(日/月)最晚终日(日/月)海口104.31/130/12上海32.214/210/10重庆40.114/21/12拉萨75.49/33/11武汉26.711/120/12北京36.730/33/11呼和浩特29.520/324/10哈尔滨28.920/410/10雷电放电和大气过电压雷电单位基本参数4、雷暴小时以一小时内出现一次以上的雷击为统计单位，表征不同地区每个雷暴日雷电活动持续时间的差别。地面落雷密度1、定义：每年每平方公里受雷击的次数。2、经验公式：Ta表示平均雷暴日数。雷电流的极性和波形1、雷电放电形式（1）脉冲放电：1~2us达到10~20KA的峰值100~1000us下降到峰值的一半雷电放电和大气过电压雷电单位基本参数

雷电放电和大气过电压雷电单位基本参数（2）波头：指雷电的脉冲电流上升到幅值的时间（图中t1）。一般在1~5us，国际标准规定为1.2us。（3）波长：指雷电的脉冲电流持续到波形曲线衰减到半幅值所需要的时间（图中t2）。一般在20~100us，我国标准规定为50us。单极性雷电流脉冲波形可计为t1/t2

，例1.2/50us。（4）陡度：雷电流随时间上升的变化率。用幅值和波头来表示雷电流的平均陡度。例：a=Im/1.2（KA/us）闪电雷（雨）云雷云放电和大气过电压雷电单位基本参数雷电放电形式及危害01雷电放电和大气过电压雷电放电形式及危害直接雷击1、直接雷指雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地所产生的电击现象。产生的高温可达到某些物体的燃点或熔点，强大的冲击波可使建筑物或设备毁坏。2、直接雷危害简析产生热量R为雷电流通道电阻温升m为雷电流通道中物体的质量，c为比热容。雷电放电和大气过电压雷电放电形式及危害①如果雷电流通过金属体的截面不够大，温升可达到熔点，将金属体熔化。②由于瞬间产生大热量，致使物体内部的水分大量变成蒸汽，并形式膨胀产生爆炸，产生冲击波。（2）雷电产生的次声波雷雨云迅速放电而突然收缩会产生0.1~10Hz的次声波，对人、畜有伤害作用。（3）雷电流的电动力效应①由安培定律两根平行导线单位长度的相互作用力如雷电流i1、i2=100KA，d=50cm，则F=408（kg/m）。此力可能造成导线折断。i2i1d雷电放电和大气过电压雷电放电形式及危害②一根弯曲的导线（或金属结构）在成角处受力最大，雷电流在成角处的电动冲力可能造成导线折断。此力与角度有关，锐角受力大，钝角受力小。所以引下线采用钝角的拐弯。感应雷击1、静电感应：指云中放电使云中电荷突然消失，导致地面物体静电感应的电荷产生很高的电压，引起放电，但比直接雷电流小，相应破坏程度小于直接雷。2、电磁感应：指直接雷击电流在闪电通道周围空间产