防雷理論基礎(chǔ)(馬)

1、歡迎指教歡迎指教一、序言一、序言二、雷電的形成機(jī)理二、雷電的形成機(jī)理三、閃電的分類三、閃電的分類四、四、雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)五、雷電的危害五、雷電的危害六、雷電的綜合防護(hù)措施六、雷電的綜合防護(hù)措施一、序一、序 言言 十十 種種 自自 然然 災(zāi)災(zāi) 害害 臺臺 風(fēng)風(fēng) 暴暴 雨雨 雷雷 電電 寒寒 潮潮 冰冰 雹雹 高高 溫溫 龍卷風(fēng)龍卷風(fēng) 干干 旱旱 氣氣 象象 災(zāi)災(zāi) 害害(占自然災(zāi)害的80) 地地 震震 火山爆發(fā)火山爆發(fā)其它災(zāi)害其它災(zāi)害云南是全國云南是全國雷暴日數(shù)較雷暴日數(shù)較多的地區(qū)之多的地區(qū)之一一20072007年年8 8月云南省閃電密度分布圖月云南省閃電密度分布圖

2、1、云霧和雷雨云的起電學(xué)說、云霧和雷雨云的起電學(xué)說云內(nèi)起電機(jī)制（云如何帶電）是弄清礎(chǔ)雷電如云內(nèi)起電機(jī)制（云如何帶電）是弄清礎(chǔ)雷電如何產(chǎn)生的重要科學(xué)課題，得到了眾多大氣物理學(xué)家何產(chǎn)生的重要科學(xué)課題，得到了眾多大氣物理學(xué)家的關(guān)注，先后提出幾十種云內(nèi)起電機(jī)制的理論，但的關(guān)注，先后提出幾十種云內(nèi)起電機(jī)制的理論，但任何一種理論都不能完善地解釋所有云荷電的實際任何一種理論都不能完善地解釋所有云荷電的實際觀測結(jié)果。觀測結(jié)果。 把這些理論概括起來可以分成兩類：把這些理論概括起來可以分成兩類：一是云霧粒子起電；一是云霧粒子起電；二是雷雨云起電。二是雷雨云起電。 2 2、積雨云的起電機(jī)制、積雨云的起電機(jī)制積雨云積

3、雨云( (也叫也叫雷雨云雷雨云) )3 3、積雨云的電結(jié)構(gòu)、積雨云的電結(jié)構(gòu) 典型雷雨云中的電荷分布典型雷雨云中的電荷分布4 4、雷擊過程、雷擊過程當(dāng)天空中有雷雨云的時當(dāng)天空中有雷雨云的時候，因雷雨云帶有大量候，因雷雨云帶有大量的電荷，由于靜電感應(yīng)的電荷，由于靜電感應(yīng)的作用，雷雨云下方的的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物體都地面和地面上的物體都帶上了與雷雨云相反的帶上了與雷雨云相反的電荷，電荷，當(dāng)雷雨云與地面當(dāng)雷雨云與地面之間的電場強(qiáng)度達(dá)到一之間的電場強(qiáng)度達(dá)到一定的時候，雷雨云與地定的時候，雷雨云與地面上突出的物體之間就面上突出的物體之間就會出現(xiàn)放電會出現(xiàn)放電, ,即雷電現(xiàn)即雷電現(xiàn)象。象。(1

4、)(1)閃電的初始擊穿過程：閃電的初始擊穿過程：在有積雨云存在的大氣中，在有積雨云存在的大氣中，積雨云的下部有一積雨云的下部有一負(fù)電荷負(fù)電荷中中心與其底部的正電荷中心附心與其底部的正電荷中心附近局部地區(qū)的近局部地區(qū)的大氣電場達(dá)到大氣電場達(dá)到3 3000V000V/cm/cm左右時左右時，則負(fù)、正則負(fù)、正電荷之間的云霧大氣會被擊電荷之間的云霧大氣會被擊穿穿，負(fù)電荷向下中和掉正電，負(fù)電荷向下中和掉正電荷，這時從云層下部到云底荷，這時從云層下部到云底部全部為負(fù)電荷區(qū)。部全部為負(fù)電荷區(qū)。-(2)(2)先導(dǎo)注流：先導(dǎo)注流：隨著大氣電場的進(jìn)一步隨著大氣電場的進(jìn)一步加強(qiáng)，進(jìn)入起始擊穿的加強(qiáng)，進(jìn)入起始擊穿的后

5、期，電子與空氣的分后期，電子與空氣的分子發(fā)生碰撞，形成天空子發(fā)生碰撞，形成天空中帶電的雷雨云的云粒中帶電的雷雨云的云?；蛩晌铮┫虻孛嫜由欤蛩晌铮┫虻孛嫜由?，在雷雨云下形成從云層在雷雨云下形成從云層向下的流光向下的流光，表現(xiàn)為一，表現(xiàn)為一條暗淡的光柱，即先導(dǎo)條暗淡的光柱，即先導(dǎo)注流，注流，也叫注流先導(dǎo)。也叫注流先導(dǎo)。(3)(3)梯梯( (級級) )式先導(dǎo)：式先導(dǎo)：先導(dǎo)注流開始產(chǎn)生時，是不連續(xù)的，表現(xiàn)為一個一個的脈沖先導(dǎo)注流開始產(chǎn)生時，是不連續(xù)的，表現(xiàn)為一個一個的脈沖相繼向前發(fā)展，其平均速度也約為相繼向前發(fā)展，其平均速度也約為10105 5-10-106 6m/sm/s，各脈沖間隔約，各脈沖

6、間隔約為為30-9030-90 s s，先導(dǎo)注流繼續(xù)向地面發(fā)展，呈現(xiàn)為一條暗淡的光先導(dǎo)注流繼續(xù)向地面發(fā)展，呈現(xiàn)為一條暗淡的光柱像梯級一樣逐級伸向地面，稱之為梯級式先導(dǎo)。柱像梯級一樣逐級伸向地面，稱之為梯級式先導(dǎo)。(4)(4)連接先導(dǎo)：連接先導(dǎo)：當(dāng)具有負(fù)電位的當(dāng)具有負(fù)電位的梯式先導(dǎo)梯式先導(dǎo)到達(dá)到達(dá)地面附近，地面附近，離地約離地約5-50m5-50m時時，可形成很強(qiáng)的地面大氣電場，可形成很強(qiáng)的地面大氣電場，使地面的正電荷向上運(yùn)動，并使地面的正電荷向上運(yùn)動，并產(chǎn)生從地面向上發(fā)展的正流光產(chǎn)生從地面向上發(fā)展的正流光，這就是連接先導(dǎo)。連接先導(dǎo)大這就是連接先導(dǎo)。連接先導(dǎo)大多發(fā)生與地面凸起物處。多發(fā)生與地面凸

7、起物處。(5)(5)回?fù)簦夯負(fù)簦寒?dāng)梯級先導(dǎo)與連接先導(dǎo)會合，當(dāng)梯級先導(dǎo)與連接先導(dǎo)會合，形成一股明亮的光柱，沿著梯形成一股明亮的光柱，沿著梯式先導(dǎo)所形成的電離通道式先導(dǎo)所形成的電離通道由地由地面高速沖向云中面高速沖向云中，這稱為回?fù)簟?，這稱為回?fù)簟＃? 6）雷擊：）雷擊： 分枝狀的放電主通道到達(dá)分枝狀的放電主通道到達(dá)地面，或與大地放電迎面會地面，或與大地放電迎面會合以后，就形成云層到地面合以后，就形成云層到地面的全程（雷擊放電通道）放的全程（雷擊放電通道）放電，這就是電，這就是雷擊雷擊。第一閃電：第一閃電： 由梯式先導(dǎo)到回?fù)暨@一完整的放電過程，稱為第一閃電。由梯式先導(dǎo)到回?fù)暨@一完整的放電過程，稱為

8、第一閃電。箭式先導(dǎo)：箭式先導(dǎo)：緊接著第一閃擊之后，約經(jīng)過幾十毫秒的時間間隔，形成第緊接著第一閃擊之后，約經(jīng)過幾十毫秒的時間間隔，形成第二閃擊，這時又有一條平均長度為二閃擊，這時又有一條平均長度為50m50m的暗淡光柱，沿著第的暗淡光柱，沿著第一閃擊的路徑由云中直沖地面，這種流光稱為箭式先導(dǎo)。一閃擊的路徑由云中直沖地面，這種流光稱為箭式先導(dǎo)。單次閃擊：單次閃擊：由一次閃擊構(gòu)成的地閃稱為單次地閃，由一次閃擊構(gòu)成的地閃稱為單次地閃，多次閃擊：多次閃擊：由一次以上的閃擊構(gòu)成的閃擊稱為多次閃擊。由一次以上的閃擊構(gòu)成的閃擊稱為多次閃擊。通常一次地閃過程多由通常一次地閃過程多由2 24 4次閃擊構(gòu)成，個別地

9、閃過程的閃次閃擊構(gòu)成，個別地閃過程的閃擊數(shù)可達(dá)擊數(shù)可達(dá)2626次之多。多次地閃的各閃擊間隙時間在無連續(xù)電次之多。多次地閃的各閃擊間隙時間在無連續(xù)電流的情況下平均為流的情況下平均為50ms50ms左右，變化范圍為左右，變化范圍為3 338 ms38 ms。一次地。一次地閃的持續(xù)時間平均為閃的持續(xù)時間平均為0.2S0.2S左右，變化范圍為左右，變化范圍為0.010.012S2S左右。左右。雷電放電具有重復(fù)性，第一閃擊后的各閃擊稱為隨雷電放電具有重復(fù)性，第一閃擊后的各閃擊稱為隨后閃擊。一次雷電平均包括后閃擊。一次雷電平均包括3 3次至次至4 4次放電，通常第次放電，通常第一次放電的電流幅值最高，因此

10、一次放電的電流幅值最高，因此第一次放電它對防第一次放電它對防雷設(shè)計至關(guān)重要雷設(shè)計至關(guān)重要。大量的觀測事實表明：大地被雷擊時，多數(shù)大量的觀測事實表明：大地被雷擊時，多數(shù)是負(fù)電荷從雷雨云向大地放電，稱之為是負(fù)電荷從雷雨云向大地放電，稱之為負(fù)地負(fù)地閃閃；少數(shù)是正電荷從雷雨云向大地放電，稱；少數(shù)是正電荷從雷雨云向大地放電，稱之之正地閃正地閃。 在一塊雷雨云發(fā)生的多次雷擊中，最后在一塊雷雨云發(fā)生的多次雷擊中，最后一次雷擊往往是雷雨云上的正電荷向大地放一次雷擊往往是雷雨云上的正電荷向大地放電。電。 云層是否發(fā)生閃電，取決于云體的電荷云層是否發(fā)生閃電，取決于云體的電荷量及對地高度或者說是云地間的電場強(qiáng)度。量

11、及對地高度或者說是云地間的電場強(qiáng)度。根據(jù)閃電出現(xiàn)位置、形狀、聲音和危害分類根據(jù)閃電出現(xiàn)位置、形狀、聲音和危害分類閃電閃電空間位置空間位置晴天放電晴天放電雷云閃電雷云閃電云內(nèi)閃電云內(nèi)閃電云際閃電云際閃電云地閃電云地閃電線狀閃電線狀閃電帶狀閃電帶狀閃電片狀閃電片狀閃電鏈珠狀閃電鏈珠狀閃電球狀閃電球狀閃電閃電閃電形狀形狀閃電的聲音閃電的聲音有聲閃電有聲閃電無聲閃電無聲閃電相對建筑物相對建筑物受雷擊危害受雷擊危害直擊雷直擊雷側(cè)擊雷側(cè)擊雷雷電感應(yīng)雷電感應(yīng) 云內(nèi)放電云內(nèi)放電 云際放電云際放電線狀閃電：線狀閃電： 整個閃電好像橫向或向下懸掛的枝杈，又象地圖上支流整個閃電好像橫向或向下懸掛的枝杈，又象地圖上支

12、流很多的河流很多的河流，長，長2 23 3公里，也有長達(dá)公里，也有長達(dá)1010公里的，公里的，是閃電中最是閃電中最見也是較強(qiáng)烈的一種見也是較強(qiáng)烈的一種。 線狀閃電大多是雷云與大地間的放電（約線狀閃電大多是雷云與大地間的放電（約505070%70%以以上），也有雷云之間的放電。這種閃電可以同時擊在不同的上），也有雷云之間的放電。這種閃電可以同時擊在不同的地方，一般分為前導(dǎo)放電和主放電等階段。地方，一般分為前導(dǎo)放電和主放電等階段。 雷云與大地間的放電過程不是單一的而是多重的，也就雷云與大地間的放電過程不是單一的而是多重的，也就是說由若干個先后在同一通道上發(fā)展的單一的放電所組成。是說由若干個先后在同

13、一通道上發(fā)展的單一的放電所組成。一次放電過程重復(fù)放電的數(shù)目可多達(dá)一次放電過程重復(fù)放電的數(shù)目可多達(dá)1 12727次，單次放電的次，單次放電的延續(xù)時間一般為延續(xù)時間一般為0.0010.0010.020.02秒，各次放電的間隔時間為秒，各次放電的間隔時間為0.010.010.050.05秒。秒。 線狀閃電對電力、電訊系統(tǒng)及人畜和建筑物等威脅最大線狀閃電對電力、電訊系統(tǒng)及人畜和建筑物等威脅最大。 云地放電云地放電 線狀放電線狀放電片狀閃電：片狀閃電：是出現(xiàn)在云的表面上的閃光是出現(xiàn)在云的表面上的閃光，它有時可能是被云塊遮沒的火，它有時可能是被云塊遮沒的火花閃電的延光，也可能是在云的上部發(fā)出來的叢集的、若

14、隱花閃電的延光，也可能是在云的上部發(fā)出來的叢集的、若隱若現(xiàn)的一種特殊的放電作用的光。這種閃電，表示云中電場若現(xiàn)的一種特殊的放電作用的光。這種閃電，表示云中電場的能量雖然已經(jīng)足夠產(chǎn)生放電，但是新加入的電量卻太少，的能量雖然已經(jīng)足夠產(chǎn)生放電，但是新加入的電量卻太少，以致在閃爍放電尚未轉(zhuǎn)變到火花（線狀）放電以前，原有的以致在閃爍放電尚未轉(zhuǎn)變到火花（線狀）放電以前，原有的儲電量已經(jīng)用完了，僅僅伴隨有片狀閃電的雷暴，是一種較儲電量已經(jīng)用完了，僅僅伴隨有片狀閃電的雷暴，是一種較弱放電現(xiàn)象，弱放電現(xiàn)象，通常會對電力系統(tǒng)引入較弱的感應(yīng)過電壓通常會對電力系統(tǒng)引入較弱的感應(yīng)過電壓。帶狀閃電：帶狀閃電：比線狀閃電要

15、寬幾百倍，寬度達(dá)十幾米的閃電，比線狀閃電要寬幾百倍，寬度達(dá)十幾米的閃電，看上去象一看上去象一條亮帶條亮帶，所以稱為帶狀閃電。，所以稱為帶狀閃電。 片狀閃電片狀閃電 帶狀閃電帶狀閃電鏈珠狀閃電：鏈珠狀閃電：比較罕見，是一條發(fā)光的虛線，一條鏈子一樣，在云與大地比較罕見，是一條發(fā)光的虛線，一條鏈子一樣，在云與大地間放電或云與云間放電時均可能出現(xiàn)。似乎是介于線狀閃電間放電或云與云間放電時均可能出現(xiàn)。似乎是介于線狀閃電與球形閃電之間的一種過渡形式。與球形閃電之間的一種過渡形式。球形閃電：球形閃電：是最奇妙、最罕見和最神秘莫測的一種閃電是最奇妙、最罕見和最神秘莫測的一種閃電，由拳頭般大小，由拳頭般大小到足

16、球那樣大的球形發(fā)光體所組成，活動速度不大，可以看到足球那樣大的球形發(fā)光體所組成，活動速度不大，可以看到移動，它走的路徑極不規(guī)則，往往與風(fēng)向一致，它出現(xiàn)時，到移動，它走的路徑極不規(guī)則，往往與風(fēng)向一致，它出現(xiàn)時，常有尖哨聲或嗡嗡聲，有時會安然地消失，但有時也會發(fā)生常有尖哨聲或嗡嗡聲，有時會安然地消失，但有時也會發(fā)生恐怖的爆炸。它消失時，往往留下具有刺激性的輕煙霧。恐怖的爆炸。它消失時，往往留下具有刺激性的輕煙霧。 球形閃電存在的時間可由幾秒到幾分鐘，它能在一個地球形閃電存在的時間可由幾秒到幾分鐘，它能在一個地方停留一些時候，一面冒煙，一面發(fā)出火花，目前，國際上方停留一些時候，一面冒煙，一面發(fā)出火花

17、，目前，國際上對于球形閃電也還沒有很完善的解釋，科學(xué)家們?nèi)栽谘芯恐小τ谇蛐伍W電也還沒有很完善的解釋，科學(xué)家們?nèi)栽谘芯恐小?鏈珠狀閃電鏈珠狀閃電 球狀閃電球狀閃電無聲放電：無聲放電：最常出現(xiàn)的一種無聲放電是被稱為最常出現(xiàn)的一種無聲放電是被稱為“愛愛爾馬圣火爾馬圣火”。由于暴風(fēng)雨等原因，大氣中的電場強(qiáng)由于暴風(fēng)雨等原因，大氣中的電場強(qiáng)度大大地增長起來，在地球面的突出物體附近，電度大大地增長起來，在地球面的突出物體附近，電場強(qiáng)度很容易達(dá)到場強(qiáng)度很容易達(dá)到300kV/m 300kV/m 的強(qiáng)度，導(dǎo)致在突出部的強(qiáng)度，導(dǎo)致在突出部分發(fā)生靜電放電。分發(fā)生靜電放電。這是一種非雷云與大地間放電和沒有雷聲的閃電現(xiàn)

18、這是一種非雷云與大地間放電和沒有雷聲的閃電現(xiàn)象，象，實際上就是尖端電暈放電實際上就是尖端電暈放電。放電時，突出物周。放電時，突出物周圍會呈現(xiàn)出冒煙狀或光膜狀。當(dāng)電場強(qiáng)度很強(qiáng)時，圍會呈現(xiàn)出冒煙狀或光膜狀。當(dāng)電場強(qiáng)度很強(qiáng)時，就會形成單獨束狀放電，由物體周圍放射出來。就會形成單獨束狀放電，由物體周圍放射出來。這種放電現(xiàn)象對電訊系統(tǒng)有干擾。這種放電現(xiàn)象對電訊系統(tǒng)有干擾。雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電產(chǎn)生與地理位置、地質(zhì)條件、季節(jié)和氣象因素有關(guān)。雷電產(chǎn)生與地理位置、地質(zhì)條件、季節(jié)和氣象因素有關(guān)。 夏季是雷電的多發(fā)季節(jié)，低緯度多于高緯度地區(qū)，半山夏季是雷電的多發(fā)季節(jié)，低緯度多于高緯度

19、地區(qū)，半山區(qū)多于平原。區(qū)多于平原。 在同一地區(qū)不同時間發(fā)生的雷電強(qiáng)度也不同，各次閃電在同一地區(qū)不同時間發(fā)生的雷電強(qiáng)度也不同，各次閃電電流大小和波形差別很大。一般平原地區(qū)比山地雷電流大，電流大小和波形差別很大。一般平原地區(qū)比山地雷電流大，正閃擊比負(fù)閃擊大，第一閃擊比隨后閃擊大。正閃擊比負(fù)閃擊大，第一閃擊比隨后閃擊大。 因此因此, , 雷電活動的時、空分布規(guī)律和雷電流的大小、雷電活動的時、空分布規(guī)律和雷電流的大小、 雷電流的波形是描述雷電流特征的重要參數(shù)雷電流的波形是描述雷電流特征的重要參數(shù)。這些數(shù)據(jù)主要。這些數(shù)據(jù)主要包括：包括： 雷電小時、雷電日、季、年等時間分布規(guī)律；雷電小時、雷電日、季、年等

20、時間分布規(guī)律； 地面落雷密度等空間分布規(guī)律；地面落雷密度等空間分布規(guī)律； 雷電波形、雷電流強(qiáng)度等特征參數(shù)。雷電波形、雷電流強(qiáng)度等特征參數(shù)。雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)1 1、雷電的時間分布參數(shù)、雷電的時間分布參數(shù)雷暴日：指該天發(fā)生雷暴的日子，即在一天內(nèi)，只要聽到指該天發(fā)生雷暴的日子，即在一天內(nèi)，只要聽到雷聲一次或一次以上的就算一個雷暴日，而不論該天雷暴發(fā)雷聲一次或一次以上的就算一個雷暴日，而不論該天雷暴發(fā)生的次數(shù)和持續(xù)時間。表征不同地區(qū)雷暴活動的頻繁程度。生的次數(shù)和持續(xù)時間。表征不同地區(qū)雷暴活動的頻繁程度。雷暴日的統(tǒng)計通常分雷暴日的統(tǒng)計通常分月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日月雷

21、暴日、季雷暴日和年雷暴日等。等。月雷暴日：是指一個月是雷暴的天數(shù)，單位天。它反映的是指一個月是雷暴的天數(shù)，單位天。它反映的是一月內(nèi)雷暴活動日的多少；是一月內(nèi)雷暴活動日的多少； 季雷暴日：是一個季度內(nèi)雷暴天數(shù)；是一個季度內(nèi)雷暴天數(shù)； 年雷暴日：是一年中的雷暴天數(shù)。能可靠地反映全年雷暴是一年中的雷暴天數(shù)。能可靠地反映全年雷暴的活動。但所有雷暴日都不能反映一天中雷暴發(fā)生多少次或的活動。但所有雷暴日都不能反映一天中雷暴發(fā)生多少次或雷暴持續(xù)時間。雷暴持續(xù)時間。 雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)指月雷暴日：指月雷暴日：的多年平均結(jié)果，單位：天的多年平均結(jié)果，單位：天/ /月；月；它進(jìn)一步反

22、映全年各個月份雷暴活動日數(shù)的它進(jìn)一步反映全年各個月份雷暴活動日數(shù)的多年平均情況；多年平均情況；平均季雷暴日：平均季雷暴日：是指季雷暴日的多年平均結(jié)是指季雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：天果，單位：天/ /季；季；平均年雷暴日：是指年雷暴日的多年平均結(jié)平均年雷暴日：是指年雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：天果，單位：天/ /年。它反映一個地區(qū)雷暴的活年。它反映一個地區(qū)雷暴的活動日的多年平均情況，更接近實際，在雷暴動日的多年平均情況，更接近實際，在雷暴氣候統(tǒng)計中常被使用。氣候統(tǒng)計中常被使用。 雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)我國各地年平均雷暴日的大小與當(dāng)?shù)厮幍木暥纫约熬嗪Ｑ笪覈鞯啬昶骄?/p>

23、暴日的大小與當(dāng)?shù)厮幍木暥纫约熬嗪Ｑ蟮倪h(yuǎn)近有關(guān)。關(guān)于地區(qū)雷暴日等級劃分，還沒有制定出一個的遠(yuǎn)近有關(guān)。關(guān)于地區(qū)雷暴日等級劃分，還沒有制定出一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不少行業(yè)根據(jù)需要，制定出本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不少行業(yè)根據(jù)需要，制定出本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)2 2、雷電的空間分布參數(shù)：、雷電的空間分布參數(shù)：對于雷電放電來說，云與云之間的放電次數(shù)對于雷電放電來說，云與云之間的放電次數(shù)多于云對地放電次數(shù)，而上述雷暴日或雷暴多于云對地放電次數(shù)，而上述雷暴日或雷暴小時對于這一事實沒有加以區(qū)分。從防雷角小時對于這一事實沒有加以區(qū)分。從防雷角度分析，地閃發(fā)生的頻數(shù)是確定地閃對人類

24、度分析，地閃發(fā)生的頻數(shù)是確定地閃對人類和建筑物的最重要的參數(shù)。和建筑物的最重要的參數(shù)。雷擊大地的年平均密度雷擊大地的年平均密度NgNg （地閃密度）（地閃密度）是一是一年內(nèi)單位面積地面發(fā)生地閃的次數(shù)，是表征年內(nèi)單位面積地面發(fā)生地閃的次數(shù)，是表征雷電活動最理想的參數(shù)。雷電活動最理想的參數(shù)。雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)地閃密度（地閃密度（N Ng g）的計算：）的計算： d d 雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)3 3、雷電流的波形和參數(shù)、雷電流的波形和參數(shù)雷電流具有雷電流具有單極性的脈沖波形。單極性的脈沖波形。大約有大約有80-90%80-90%的雷電流是負(fù)極性

25、的的雷電流是負(fù)極性的。常見的負(fù)電流波形前沿呈拱形常見的負(fù)電流波形前沿呈拱形，到達(dá)峰值雷電流的中值時間，到達(dá)峰值雷電流的中值時間有的是有的是5.5s5.5s，有的是，有的是7s7s。 雷電流的負(fù)極性波形雷電流的負(fù)極性波形 典型的正極性電流波形典型的正極性電流波形雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電流的波形的表示：雷電流的波形的表示：無論是正還是負(fù)極性閃電，雷電流上升速率都是很快的，這無論是正還是負(fù)極性閃電，雷電流上升速率都是很快的，這對避雷保護(hù)問題極其重要。對避雷保護(hù)問題極其重要。 雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷

26、電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電活動和雷電流特征參數(shù)雷電感應(yīng)雷電感應(yīng)雷電危害雷電危害直直 擊擊 雷雷靜靜電電感感應(yīng)應(yīng)雷雷電電反反擊擊雷雷電電脈脈沖沖電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)沖沖擊擊波波效效應(yīng)應(yīng)熱熱效效應(yīng)應(yīng)機(jī)機(jī)械械效效應(yīng)應(yīng) 雷擊雷擊人員傷亡事故人員傷亡事故 20042004年年6 6月月26 26 日下午日下午2 2點點1515分，浙江臺州臨海市杜橋鎮(zhèn)分，浙江臺州臨海市杜橋鎮(zhèn)3030多名村民聚集在村里一處空地上（有五棵高大的水杉樹）活動多名村民聚集在村里一處空地上（有

27、五棵高大的水杉樹）活動時，突遭雷擊，當(dāng)場造成時，突遭雷擊，當(dāng)場造成1111人死亡。在醫(yī)院的搶救過程中，又人死亡。在醫(yī)院的搶救過程中，又先后有先后有6 6名受傷群眾因傷勢過重不治身亡，共導(dǎo)致名受傷群眾因傷勢過重不治身亡，共導(dǎo)致1717人死亡和人死亡和1313人被擊傷人被擊傷。此事件創(chuàng)一次雷電災(zāi)害死亡人數(shù)最多的記錄。此事件創(chuàng)一次雷電災(zāi)害死亡人數(shù)最多的記錄。直擊雷的危害：直擊雷的危害：1 1、雷電流熱效應(yīng)、雷電流熱效應(yīng)的危害的危害 雷云對地放電時，強(qiáng)大的雷電流從雷擊點注入被擊物雷云對地放電時，強(qiáng)大的雷電流從雷擊點注入被擊物體，雷電流幅值高達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安，可在雷擊點局部范體，雷電流幅值高達(dá)數(shù)十至數(shù)百

28、千安，可在雷擊點局部范圍內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)圍內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)60006000 1000010000 C C，甚至更高的溫度，甚至更高的溫度， 能夠使金屬熔化，樹木、草堆引燃；能夠使金屬熔化，樹木、草堆引燃； 當(dāng)雷電波侵入建筑物內(nèi)低壓供配電線路時，可以將線當(dāng)雷電波侵入建筑物內(nèi)低壓供配電線路時，可以將線路熔斷。路熔斷。 雷電流的巨大能量使被擊物體燃燒或金屬材料熔化的雷電流的巨大能量使被擊物體燃燒或金屬材料熔化的現(xiàn)象都屬于典型的現(xiàn)象都屬于典型的雷電流熱效應(yīng)的破壞作用，如果防護(hù)不雷電流熱效應(yīng)的破壞作用，如果防護(hù)不當(dāng)，就會造成當(dāng)，就會造成 雷擊火災(zāi)燒毀房屋：雷擊火災(zāi)燒毀房屋： 直擊雷的危害：直擊雷的危害：2 2、雷電

29、流機(jī)械效應(yīng)的危害、雷電流機(jī)械效應(yīng)的危害 在發(fā)生雷擊時，雷電的機(jī)械效應(yīng)所產(chǎn)生的破壞在發(fā)生雷擊時，雷電的機(jī)械效應(yīng)所產(chǎn)生的破壞作用表現(xiàn)為兩種形式：作用表現(xiàn)為兩種形式： 是雷電流流過金屬物體時產(chǎn)生的是雷電流流過金屬物體時產(chǎn)生的電動力電動力； 是雷電流注入樹木或建筑構(gòu)件時在它們內(nèi)部是雷電流注入樹木或建筑構(gòu)件時在它們內(nèi)部產(chǎn)生的產(chǎn)生的內(nèi)壓力內(nèi)壓力。直擊雷的危害：直擊雷的危害： 電動力危害電動力危害82110202. 1di iF式中：式中： i i1 1 i i2 2兩根平兩根平行導(dǎo)體上的電流，行導(dǎo)體上的電流，kAkA； d d導(dǎo)體之間的距導(dǎo)體之間的距離，離，m m； F F單位長度導(dǎo)體單位長度導(dǎo)體的電動力

30、，的電動力，kg/mkg/m。 直擊雷的危害：直擊雷的危害： 載有雷電流的彎曲導(dǎo)體受力示意載有雷電流的彎曲導(dǎo)體受力示意 引下線的走線方式引下線的走線方式 （a a）正確（）正確（b b）不正確）不正確直擊雷的危害：直擊雷的危害： 內(nèi)壓力危害內(nèi)壓力危害 在被擊物體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)壓力是雷電流機(jī)械效應(yīng)在被擊物體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)壓力是雷電流機(jī)械效應(yīng)破壞作用的另一種表現(xiàn)形式。當(dāng)雷擊于樹木或建筑破壞作用的另一種表現(xiàn)形式。當(dāng)雷擊于樹木或建筑構(gòu)件時，在它們的內(nèi)部將瞬時地產(chǎn)生大量熱量。在構(gòu)件時，在它們的內(nèi)部將瞬時地產(chǎn)生大量熱量。在短時間內(nèi)熱量來不及散發(fā)出去，以致使這些內(nèi)部的短時間內(nèi)熱量來不及散發(fā)出去，以致使這些內(nèi)部的水分

31、被大量蒸發(fā)成水蒸氣，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大水分被大量蒸發(fā)成水蒸氣，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力。的內(nèi)壓力。 這種內(nèi)壓力是一種爆炸力，能夠使被擊樹木這種內(nèi)壓力是一種爆炸力，能夠使被擊樹木劈裂和使建筑構(gòu)件崩塌。劈裂和使建筑構(gòu)件崩塌。直擊雷的危害：直擊雷的危害：3 3、雷電流沖擊波效應(yīng)的危害、雷電流沖擊波效應(yīng)的危害 在雷云對地放電過程中的回?fù)綦A段，放電通道中既有強(qiáng)在雷云對地放電過程中的回?fù)綦A段，放電通道中既有強(qiáng)烈的空氣游離又有強(qiáng)烈的異性電荷中和，通道中瞬時溫度非烈的空氣游離又有強(qiáng)烈的異性電荷中和，通道中瞬時溫度非常高，這使得常高，這使得通道周圍的空氣急劇膨脹通道周圍的空氣急劇膨脹，以超聲波速度向四以超

32、聲波速度向四周擴(kuò)散，從而形成沖擊波周擴(kuò)散，從而形成沖擊波。同時，通道外圍附近的冷空氣被。同時，通道外圍附近的冷空氣被嚴(yán)重壓縮，在沖擊波波前到達(dá)的地方，空氣的密度、氣壓和嚴(yán)重壓縮，在沖擊波波前到達(dá)的地方，空氣的密度、氣壓和溫度都會突然增大，產(chǎn)生劇烈振動，這種沖擊波與爆炸時產(chǎn)溫度都會突然增大，產(chǎn)生劇烈振動，這種沖擊波與爆炸時產(chǎn)生的沖擊波是類似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到生的沖擊波是類似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到破壞或傷害。破壞或傷害。 沖擊波向外傳播的速度遠(yuǎn)大于聲速，但很快就會衰減，沖擊波向外傳播的速度遠(yuǎn)大于聲速，但很快就會衰減，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為聲波聲波，于是人們就能夠聽到雷鳴聲。沖

33、擊波的強(qiáng)度與，于是人們就能夠聽到雷鳴聲。沖擊波的強(qiáng)度與回?fù)魰r雷電流的大小有關(guān)，其破壞作用與波陣面氣壓和環(huán)境回?fù)魰r雷電流的大小有關(guān)，其破壞作用與波陣面氣壓和環(huán)境大氣壓有關(guān)。大氣壓有關(guān)。雷擊沖擊波擊壞建筑物：雷擊沖擊波擊壞建筑物：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：的危害的危害+ +雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：的危害的危害 可用下式來表示：可用下式來表示：式中式中U U0 0金屬體電位；金屬體電位； Q Q金屬體上的電荷；金屬體上的電荷； C C金屬體對地電容。金屬體對地電容。CQU0雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害： 在架空線路上靜電感應(yīng)的危害在架空線路上靜電感應(yīng)的危害 （a a）回?fù)羟埃┗負(fù)羟?

34、（b b）回?fù)簦┗負(fù)?+- - -+ + +-shsh-+- -+-+-+-雷云雷云雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害： 在架空線路上靜電感應(yīng)的危害在架空線路上靜電感應(yīng)的危害 在工程上，過電壓的幅值可按下式來估算：在工程上，過電壓的幅值可按下式來估算：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：2 2、雷電電磁感應(yīng)的危害、雷電電磁感應(yīng)的危害 雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流過的雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流過的路徑周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的暫態(tài)脈沖磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這路徑周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的暫態(tài)脈沖磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這種快速變化的脈沖磁場交鏈導(dǎo)體回路時，能在回路中感應(yīng)出種快速變化的脈沖磁場

35、交鏈導(dǎo)體回路時，能在回路中感應(yīng)出電動勢，產(chǎn)生過電壓和過電流。電動勢，產(chǎn)生過電壓和過電流。 （a a）金屬管形成的回路）金屬管形成的回路 （b b）天饋線形成的回路）天饋線形成的回路雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：2 2、雷電電磁感應(yīng)的危害、雷電電磁感應(yīng)的危害 脈沖磁場在回路中感應(yīng)出電壓脈沖磁場在回路中感應(yīng)出電壓大小與回路尺寸、雷電流波頭陡大小與回路尺寸、雷電流波頭陡度以及回路與載流導(dǎo)體之間的距度以及回路與載流導(dǎo)體之間的距離有關(guān)，載流導(dǎo)體產(chǎn)生的脈沖磁離有關(guān)，載流導(dǎo)體產(chǎn)生的脈沖磁場對其附近回路的電磁感應(yīng)作用場對其附近回路的電磁感應(yīng)作用可用兩者之間的互感系數(shù)來表征，可用兩者之間的互感系數(shù)來表征，借助

36、于互感系數(shù)，回路中的感應(yīng)借助于互感系數(shù)，回路中的感應(yīng)電壓可表示為右邊式子。電壓可表示為右邊式子。 在一般情況下，要精確計算在一般情況下，要精確計算各種空間位置上的感應(yīng)回路與載各種空間位置上的感應(yīng)回路與載 流導(dǎo)體之間的互感系數(shù)往往是相流導(dǎo)體之間的互感系數(shù)往往是相當(dāng)困難的，為此在工程上常采用當(dāng)困難的，為此在工程上常采用一些近似公式（后頁）。一些近似公式（后頁）。 載流導(dǎo)體為感應(yīng)回路的一部分載流導(dǎo)體為感應(yīng)回路的一部分 載流導(dǎo)體與感應(yīng)回路分離載流導(dǎo)體與感應(yīng)回路分離雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害： 確定互感系數(shù)后，可估算出感應(yīng)回路確定互感系數(shù)后，可估算出感應(yīng)回路開口處感應(yīng)電壓開口處感應(yīng)電壓幅值，再由空氣

37、擊穿電場強(qiáng)度的臨界值就能進(jìn)一步估算出開幅值，再由空氣擊穿電場強(qiáng)度的臨界值就能進(jìn)一步估算出開口處不發(fā)生擊穿的最短距離為：口處不發(fā)生擊穿的最短距離為：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：阻性耦合：阻性耦合：雷擊建筑物雷擊建筑物1 1，在接地電阻，在接地電阻R1R1上產(chǎn)生上產(chǎn)生100kV100kV的電位差。該幅值的電位差。該幅值的電壓足以閃絡(luò)設(shè)備的電壓足以閃絡(luò)設(shè)備1 1和設(shè)備和設(shè)備2 2的絕緣距離，這樣阻性交叉耦合電涌電流的絕緣距離，這樣阻性交叉耦合電涌電流從從PE12PE12（等電位連接排）通過設(shè)備（等電位連接排）通過設(shè)備1 1，沿著信號線流到設(shè)備，沿著信號線流到設(shè)備2

38、 2、PE22PE22和和R2R2。該浪涌流的幅值（其峰值可達(dá)該浪涌流的幅值（其峰值可達(dá)kAkA）取決于歐姆電阻）取決于歐姆電阻R1R1和和R2R2的相對值。的相對值。R R1 1設(shè)備設(shè)備2樓樓2信號線信號線樓樓1防雷系統(tǒng)防雷系統(tǒng)雨積云雨積云設(shè)備設(shè)備1樓樓2防雷系統(tǒng)防雷系統(tǒng)R R2 2 PE2PE1樓樓1設(shè)備設(shè)備1雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：在圖中，一對信號線連接著兩座建筑物內(nèi)的電子設(shè)備，實現(xiàn)在圖中，一對信號線連接著兩座建筑物內(nèi)的電子設(shè)備，實現(xiàn)這兩座建筑物之間的信號通信。這對信號線通過其兩端所端接的電子設(shè)這兩座建筑物之間的信號通信。這對信號線通過其兩端所端接的電子設(shè)備輸入或輸出電路構(gòu)成一個

39、窄長的回路。當(dāng)建筑物備輸入或輸出電路構(gòu)成一個窄長的回路。當(dāng)建筑物1 1（或建筑物（或建筑物2 2）遭受）遭受雷擊時，在其防雷裝置中流過的雷電流所產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖磁場將會交鏈雷擊時，在其防雷裝置中流過的雷電流所產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖磁場將會交鏈這一窄長回路，在回路中感應(yīng)出過電壓，使電子設(shè)備這一窄長回路，在回路中感應(yīng)出過電壓，使電子設(shè)備1 1和和2 2的輸入或輸出的輸入或輸出電路受損壞。電路受損壞。感應(yīng)回路感應(yīng)回路樓樓1防雷系統(tǒng)防雷系統(tǒng)樓樓2防雷系統(tǒng)防雷系統(tǒng)樓1樓樓2信號線信號線設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備2積雨云積雨云雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：信號線與地之間的回路也會信號線與地之間的回路也會。設(shè)備設(shè)備2樓樓2

40、信號線信號線樓樓2防雷系統(tǒng)防雷系統(tǒng) PE2樓樓1雨積云雨積云設(shè)備設(shè)備1PE1感應(yīng)回路感應(yīng)回路雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：雷電感應(yīng)的危害：容性耦合：容性耦合：雷擊大地或接閃器，由于接地極電阻雷擊大地或接閃器，由于接地極電阻RgRg上的電位上的電位差，雷電通道或接閃器將升至很高電壓（約差，雷電通道或接閃器將升至很高電壓（約100kV100kV，與其周，與其周圍相比設(shè)備圍相比設(shè)備1 1與設(shè)備與設(shè)備2 2之間的信號線與這種雷電通道或接閃器之間的信號線與這種雷電通道或接閃器產(chǎn)生容性耦合，耦合電容被充電，引起注入電流（約產(chǎn)生容性耦合，耦合電容被充電，引起注入電流（約10A10A），），

41、通過設(shè)備通過設(shè)備1 1與設(shè)備與設(shè)備2 2的絕緣流入大地。的絕緣流入大地。設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備2樓樓2R Rg g雷電電磁輻射的危害雷電電磁輻射的危害 感應(yīng)雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流感應(yīng)雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流過的路徑周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的暫態(tài)脈沖磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，過的路徑周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的暫態(tài)脈沖磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這種脈沖磁場在大氣中向外輻射，到達(dá)電子設(shè)備所在空間，這種脈沖磁場在大氣中向外輻射，到達(dá)電子設(shè)備所在空間，會對這些電子設(shè)備造成損害。會對這些電子設(shè)備造成損害。 雷擊點附近磁場強(qiáng)度計算舉例：雷擊點附近磁場強(qiáng)度計算舉例： 假設(shè)一閃電擊在收費(fèi)場站的高桿燈上

42、（高桿燈一般為收費(fèi)廣場，相假設(shè)一閃電擊在收費(fèi)場站的高桿燈上（高桿燈一般為收費(fèi)廣場，相對較易遭雷擊）。則由其產(chǎn)生的在對較易遭雷擊）。則由其產(chǎn)生的在100m100m ( (Sa)Sa)處無屏蔽空間產(chǎn)生的磁感處無屏蔽空間產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度（磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B=B=0 0特斯拉，用特斯拉，用T T表示表示）：）： 首次雷擊首次雷擊( (若若i=100kA)i=100kA)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度：產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度： H H=i/=i/（2Sa2Sa）=100=100 10103 3/(2/(2 100100）159159（A/mA/m） B=B=0 0 =4 =4 1010-7 -7 (100(100

43、 10103 3/2/2 100100-4-4（T T）暫態(tài)電位抬高的危害暫態(tài)電位抬高的危害 雷直接擊在建筑物防雷裝置中各個部位上產(chǎn)生雷直接擊在建筑物防雷裝置中各個部位上產(chǎn)生的暫態(tài)電位升高現(xiàn)象，對于建筑物內(nèi)的設(shè)備與人員的暫態(tài)電位升高現(xiàn)象，對于建筑物內(nèi)的設(shè)備與人員頗具危害性。頗具危害性。 暫態(tài)高電位能夠產(chǎn)生很大的暫態(tài)電位差，造成暫態(tài)高電位能夠產(chǎn)生很大的暫態(tài)電位差，造成對設(shè)備的間接雷擊；對設(shè)備的間接雷擊； 暫態(tài)高電位能夠產(chǎn)生過大的跨步電壓和接觸電暫態(tài)高電位能夠產(chǎn)生過大的跨步電壓和接觸電壓，對人身安全構(gòu)成威脅。壓，對人身安全構(gòu)成威脅。 在防雷設(shè)計中，暫態(tài)電位升高也一直是一個倍在防雷設(shè)計中，暫態(tài)電位升

44、高也一直是一個倍受重視的問題。由于對暫態(tài)電位升高現(xiàn)象的詳細(xì)分受重視的問題。由于對暫態(tài)電位升高現(xiàn)象的詳細(xì)分析計算要涉及到許多較為復(fù)雜的內(nèi)容析計算要涉及到許多較為復(fù)雜的內(nèi)容。暫態(tài)電位抬高的危害暫態(tài)電位抬高的危害1 1、電位升高與雷電反擊、電位升高與雷電反擊 在建筑物遭受雷擊時，雷電流在建筑物遭受雷擊時，雷電流沿防雷裝置中各分支導(dǎo)體流動，經(jīng)沿防雷裝置中各分支導(dǎo)體流動，經(jīng)接地體匯入大地。從工程近似的角接地體匯入大地。從工程近似的角度，可以把分支導(dǎo)體看成是具有分度，可以把分支導(dǎo)體看成是具有分布電感和電阻的電路，把接地體等布電感和電阻的電路，把接地體等值地看做是集中電阻，即接地電阻。值地看做是集中電阻，即

45、接地電阻。于是于是雷電流流過防雷裝置中各分支雷電流流過防雷裝置中各分支導(dǎo)體和接地體時，會在分支導(dǎo)體的導(dǎo)體和接地體時，會在分支導(dǎo)體的電感、電阻和接地電阻上產(chǎn)生壓降電感、電阻和接地電阻上產(chǎn)生壓降，使防雷裝置中各個部位的對地電位使防雷裝置中各個部位的對地電位都有不同程度的升高。由于雷電流都有不同程度的升高。由于雷電流持續(xù)時間很短，這種電位升高現(xiàn)象持續(xù)時間很短，這種電位升高現(xiàn)象所持續(xù)的時間也很短，所以稱為所持續(xù)的時間也很短，所以稱為暫暫態(tài)電位升高態(tài)電位升高。 暫態(tài)電位抬高的危害暫態(tài)電位抬高的危害1 1、電位升高與雷電反擊、電位升高與雷電反擊幾幾 100 kA幾幾 100 kV幾幾10 kV通信通信線纜線纜OV230 V幾幾 10 kA幾幾 kAWater / Gas幾幾 kA幾幾 幾幾 kA幾幾 230V幾幾 10 kV幾幾 kA幾幾 10 kA幾幾