雷电过程与雷电参数

1、雷电自然中最宏伟壮观的现象，也是最普遍的现象之一，它对人类的生活环境、工作条件等都造成了很大的影响，因此对雷电的研究和防护意义重大。,早在18世纪初，富兰克林等物理学家已经揭示了“闪电就是电”的本质，而随着物理学的进一步发展，人们对雷电这一自然现象有了更深刻的认识。,第七章 雷电放电及防雷保护装置,欧美雷电科学的建立,著名的风筝试验（17世纪，富兰克林）： 240米长的缠绕钢丝的麻绳上产生20cm的电火花,著名科学家G W Richman（17111753）（彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡,高速摄影、记录示波器、雷电定向定位仪等现代化测量技术（丰富人类对雷电的认识）,从电力工程的角度来看，最

2、值得我们注意的两个方面是：,雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一,产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。,雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。,雷云的形成,雷电放电过程,雷电参数,雷电过电压的形成,第一节 雷电过程与雷电参数,雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起电理论： 大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升。气流带往高空，形成大片带负电的雷云。,雷云下部局部正

3、电荷区。,一、雷云的形成,雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。,二、雷电放电过程,负极性棒板 不能顺利向前发展,雷电放电过程,基本过程：先导放电阶段 ；主放电阶段；余辉放电阶段,主放电：先导靠近地面时，进入主放电阶段，强烈的电荷中和过程，伴随着雷鸣和闪光。主放电的时间极短，只有50100微秒，放电发展速度50100m/微秒。电流幅值高达数十甚至数百千安；,余辉阶段：主放电完成后，云中剩余电荷沿着导电通道开始流向大地，这一阶段称放电的余辉阶段，电流数百安。,先导放电：雷云中的电荷分布是不均匀的，当雷云中的某个电荷密集中心的电场强度达到空气击穿场强（2530kV/cm，有水滴时仅为10k

4、V/cm）时，空气便开始电离，形成指向大地的一段电离的微弱导电通道；,分级先导：多次先导 主放电的重复过程，每次间歇时间为几十毫秒，放电次数一般为23次，最多为次,雷云中可能存在多个电荷中心，当第一个电荷中心完成上述放电过程后，可能引起其他电荷中心向第一个中心放电，并沿着第一次放电通路发展。,理解以下几点： 雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放 被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积 从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程 人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流,雷电放电由带电荷的雷云引起,大多数的放电发生在雷云之间不危险,少数的放电发生在雷云和大地之间危险,对地放电的

5、雷云大多数带负电荷,(一)雷电活动频度雷暴日及雷暴小时 雷暴日Td是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。,雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。 一个雷暴日折合三个雷暴小时。,雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关 Td 40，多雷区；90，强雷区,三、雷电参数,雷暴日和雷暴小时的统计中，并没有区分雷云之间的放电和雷云对地的放电。但是，只有落地雷才有可能产生对电力系统造成危害的过电压。,(二)地面落雷密度( )和雷击选择性,表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。

6、,我国标准对Td 40的地区，取 0.07,(三)雷道波阻抗（Z0）,雷电通道长度数千米，主放电时如同导体，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。,主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的雷道投射到雷击点的波过程。,我国有关规程建议取Z0 300,负极性雷击均占7590%，对设备绝缘危害较大,防雷计算中一般均按负极性考虑。,(五)雷电流幅值（ ）,通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻( 30)的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波 的两倍，即,一般地区，雷电流幅值超过 的概率可按下式计算,(四)雷电的极性,波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左右。,(

7、六)雷电流的波前时间、陡度及波长,雷电流的波前时间T1处于14us的范围内，平均为2.6us。波长T2 处于20100us的范围内，多数为40us左右。,我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us,雷电流波前的平均陡度 (kA/us),(七)雷电流的计算波形,1、双指数波,2、斜角波,3、斜角平顶波,4、半余弦波,在防雷计算中，按不同要求采用不同的计算波形,(八)雷电的多重放电次数及总延续时间,有55的对地雷击包含两次以上的重复冲击；35次冲击者有25%；10次以上者有4%。平均重复冲击次数取3次。,(九)放电能量,A=QU=10

8、7V20C20107W.s（200MW秒），放电能量不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。,四、雷电过电压的形成,(一)雷电放电的计算模型,(三)感应雷击过电压,雷击于线路附近大地或接地的线路杆塔顶部等，在绝缘的导线上引起感应过电压。,(二)直接雷击过电压,雷击于地面上接地良好的物体,雷击于导线或档距中央避雷线,先导放电阶段：虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。 主放电阶段：负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。,小 结,获得比较广泛认同的雷云形成机理为水滴分裂起电理论。 雷电放电就其本质而