第一章 雷電危害與雷電流

1、第一章 雷電危害與雷電流v第一節(jié) 大氣電場 1.晴天大氣電場 地球是一個表面帶負(fù)電荷的球體，其所帶電荷量長期穩(wěn)定在50萬庫侖左右，而在地球上空的電離層則帶有相等的正電荷。因而在電離層與地面之間存在一個電場，使電離層與地面之間的電壓約300KV。晴天大氣中始終存在方向垂直向下的大氣電場，近地面全球平均大氣電場強(qiáng)度約為130V/m。 2.雷雨云的電結(jié)構(gòu) 一般情況下，雷雨云上部有一個正電荷中心，下部有一個負(fù)電荷中心，云的底部還有一個少量的正電荷中心。因中間區(qū)的負(fù)電荷電量最多，對云下空間產(chǎn)生的大氣電場起決定作用，當(dāng)我們在云下方的地面上觀測，好像云是帶負(fù)電的。 3.雷雨天氣下的云地大氣電場 由于云帶負(fù)電

2、，在靜電感應(yīng)作用下，云下的地面帶正電，形成了垂直向上的云地大氣電場。 晴天大氣電場等勢積雨云 + + + + + + + + + + + 積雨云中電荷的典型分布+ + L4.雷云起電的幾種假說v感應(yīng)起電學(xué)說 由于地球帶負(fù)電，其上空的電離層帶有等量的正電荷，于是在電離層與地面之間就形成了一個垂直指向地面的大氣電場。 在大氣電場的作用下，云中的水滴將被極化，其上部出現(xiàn)負(fù)電荷，下部出現(xiàn)正電荷。同時在大氣宇宙射線的作用下，空氣發(fā)生電離，產(chǎn)生正、負(fù)離子。極化的水滴在下落過程中與空氣中電離產(chǎn)生的離子相遇，水滴下部將俘獲負(fù)離子，而正離子則被排斥而上升，這樣整個水滴就帶上了負(fù)電荷 。溫差起電學(xué)說 在冰中有一小

3、部分的分子處于電離狀態(tài)，形成較輕的H和較重的OH離子。并且其濃度隨溫度的升高而很快增加，溫度較高的部位離子濃度較大，溫度較低的部位離子濃度較低。H離子的擴(kuò)散系數(shù)和遷移率比OH離子要大10倍以上，因此當(dāng)冰中有溫度梯度時就會出現(xiàn)離子濃度梯度。由于溫度熱端起初具有較高的正、負(fù)離子，而后沿此濃度梯度，H離子擴(kuò)散的快，導(dǎo)致正、負(fù)離子分離，使冷端獲得凈的正電荷電量，而熱的一端獲得凈的負(fù)電荷，冰體中電荷生成的電場阻止電荷分離的繼續(xù)，最后達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。 積雨云中的溫差起電有兩種方式，一種是積雨云中的冰粒、雹粒相互碰撞接觸時，由于溫度的差異而發(fā)生離子的遷移，在重力和氣流的雙重作用下，使雷雨云中的正、負(fù)電荷分

4、布發(fā)生差異；另一種是積雨云中的過冷卻水滴，遇凝結(jié)核時快速凝結(jié)形成冰殼，同時放出潛熱，當(dāng)冰殼內(nèi)的水逐漸凝結(jié)，導(dǎo)致冰殼體積增大而使外層冰殼破裂而產(chǎn)生冰屑。這種冰屑是帶正電的，他們較輕而小，易被上升氣流攜至云的上部。所以，積雨云的上部聚集大量的正電荷。破碎起電學(xué)說 雷雨云底部有相當(dāng)數(shù)量的大水滴，其半徑超過毫米，在大氣電場的作用下，大水滴的上部為負(fù)電荷，下部為正電荷。大水滴在強(qiáng)烈的上升氣流作用下而破碎。最初水滴被變?yōu)楸馄綘?，然后其下表面被氣流吹得凹進(jìn)去，形成以液體圓環(huán)為外邊界的、環(huán)狀大口袋，當(dāng)口袋破裂時產(chǎn)生許多小水滴。較大的水滴帶正電荷，較小的水滴帶負(fù)電荷，由于較小的水滴質(zhì)量輕，會被上升氣流攜帶到云的

5、上部，而帶正電荷的較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現(xiàn)一定數(shù)量的正電荷。 v第二節(jié) 閃電的分類 閃電是指一部分帶電的云層與另部分帶異電荷的云層，或者是帶電云層與地面、物體之間迅猛的放電現(xiàn)象。1.按閃電發(fā)生的空間位置分類 云內(nèi)閃電 云際閃電2.按閃電的形狀分類 線狀閃電 帶狀閃電 連珠狀閃電 片狀閃電 球狀閃電3.按閃電的位置分類 云閃 地閃 線狀閃電帶狀閃電片狀閃電連珠狀閃電 4.按雷電流的正負(fù)、有無回?fù)?、先導(dǎo)方向分類地閃的四種類型（l和r分別代表先導(dǎo)和回?fù)?V代表發(fā)展方向）第三節(jié) 雷電的破壞作用v雷電流的熱效應(yīng)v雷電流的沖擊波效應(yīng)v雷電流的電動力作用v靜電感應(yīng)v電磁

6、感應(yīng)v高電位引入v雷電反擊v跨步電壓v接觸電壓v旁側(cè)閃擊 兩根載流導(dǎo)體間的電動力的作用 金屬屋面建筑物靜電感應(yīng)雷雨云 電磁感應(yīng)原理第四節(jié) 雷擊的選擇性v尖端物體v導(dǎo)電性良好的物體v土壤電阻率發(fā)生突變的區(qū)域第五節(jié) 雷電流v1閃電中可能出現(xiàn)的三種雷擊見附圖6.1，其參量應(yīng)符合附表6.1附表6.3的規(guī)定。雷擊參數(shù)的定義應(yīng)按附圖6.2確定。v2對雷電流的電荷量Qs和單位能量可近似按下列計算式計算。 Qs = (10.7)IT2 （C） WR = (12)(10.7)I2T2 （J/） 式中 I 雷電流幅值（A）； T2半值時間（s）。 短時雷擊 長時間雷擊 短時首次雷擊后續(xù)雷擊長時間雷擊 首次雷擊的雷

7、電流參量首次雷擊的雷電流參量 雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑物類別防雷建筑物類別一類二類三類I 幅值（kA）200150100T1波頭時間（s）101010T2半值時間（s）350350350Qs電荷量（C）1007550W/R單位能量（MJ/）105.62.5 注： 1.因為全部電荷量Qs的本質(zhì)部分包括在首次雷擊中，故所規(guī)定的值考慮合并了所有短時間雷擊的電荷量。 2.由于單位能量W/R的本質(zhì)部分包括在首次雷擊中，故所規(guī)定的值考慮合并了所有短時間雷擊的單位能量。后續(xù)雷擊參量 雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑物類別防雷建筑物類別一類一類二類二類三類三類I 幅值（kA）5037.525T1波頭時間（s）

8、0.250.250.25T2半值時間（s）100100100I/T1平均陡度（kA/s）200150100 長時間雷擊的雷電流參量長時間雷擊的雷電流參量 雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑物類別防雷建筑物類別一類一類二類二類三類三類Ql電荷量（C）200150100T時間（s）0.50.50.5 第六節(jié) 幾個基本概念v直擊雷 閃電直接擊在建筑物、其他物體、大地或防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力者 。v雷電感應(yīng) 閃電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花 。 v靜電感應(yīng) 由于雷云的作用，使附近導(dǎo)體上感應(yīng)出與雷云符號相反的電荷，雷云主放電時，先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，在導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷得到釋放，如不就近泄入地中就會產(chǎn)生很高的電位 。v電磁感應(yīng) 由于雷電流迅速變化在其周圍空間產(chǎn)生瞬變的強(qiáng)電磁場，使附近導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動勢 。v雷電波浸入 由于雷電對架空線路或金屬管道的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內(nèi)，危及人身安全或損壞設(shè)備。 v雷擊 閃擊中的一次放電 。v短時雷擊 脈沖電流的半值時間T2短于2ms的雷擊 。v