雷電過程與雷電參數(shù)課件

關(guān)于雷電過程與雷電參數(shù)第1頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三第2頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三第3頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三

歐美雷電科學的建立著名的風箏試驗（17世紀，富蘭克林）：240米長的纏繞鋼絲的麻繩上產(chǎn)生20cm的電火花著名科學家GWRichman（1711－1753）（彼得堡科學院院士）觀察雷電而死亡高速攝影、記錄示波器、雷電定向定位儀等現(xiàn)代化測量技術(shù)（豐富人類對雷電的認識）第4頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三從電力工程的角度來看，最值得我們注意的兩個方面是：

雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一

產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導體熔斷或通過電動力引起機械損壞。雷電放電實質(zhì)上是一種超長氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會引起巨大的電磁效應、機械效應和熱效應。第5頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三

雷云的形成

雷電放電過程

雷電參數(shù)

雷電過電壓的形成第一節(jié)雷電過程與雷電參數(shù)第6頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三雷云的形成機理獲得比較廣泛認同的是水滴分裂起電理論：大水滴分裂成水珠和細微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負電，細微水沫被上升。氣流帶往高空，形成大片帶負電的雷云。

雷云下部局部正電荷區(qū)。一、雷云的形成

第7頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長氣隙的火花放電。二、雷電放電過程負極性棒板不能順利向前發(fā)展第8頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三雷電放電過程基本過程：先導放電階段；主放電階段；余輝放電階段第9頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三主放電：先導靠近地面時，進入主放電階段，強烈的電荷中和過程，伴隨著雷鳴和閃光。主放電的時間極短，只有50~100微秒，放電發(fā)展速度50~100m/微秒。電流幅值高達數(shù)十甚至數(shù)百千安；余輝階段：主放電完成后，云中剩余電荷沿著導電通道開始流向大地，這一階段稱放電的余輝階段，電流數(shù)百安。先導放電：雷云中的電荷分布是不均勻的，當雷云中的某個電荷密集中心的電場強度達到空氣擊穿場強（25~30kV/cm，有水滴時僅為10kV/cm）時，空氣便開始電離，形成指向大地的一段電離的微弱導電通道；第10頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三

分級先導：多次先導主放電的重復過程，每次間歇時間為幾十毫秒，放電次數(shù)一般為2~3次，最多為４０次雷云中可能存在多個電荷中心，當?shù)谝粋€電荷中心完成上述放電過程后，可能引起其他電荷中心向第一個中心放電，并沿著第一次放電通路發(fā)展。第11頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三

理解以下幾點：雷云對地放電的實質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放被擊物體的電位取決于雷電流和被擊物體阻抗的乘積從電源性質(zhì)看，相當于一個電流源的作用過程人們能夠測知的電量，重要是流過被擊物體的電流雷電放電由帶電荷的雷云引起大多數(shù)的放電發(fā)生在雷云之間－不危險少數(shù)的放電發(fā)生在雷云和大地之間－危險對地放電的雷云大多數(shù)帶負電荷第12頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三(一)雷電活動頻度——雷暴日及雷暴小時

雷暴日Td是一年中發(fā)生雷電的天數(shù)，以聽到雷聲為準，在一天內(nèi)只要聽到過雷聲，無論次數(shù)多少，均計為一個雷暴日。雷暴小時Th是一年中發(fā)生雷電放電的小時數(shù)，在一個小時內(nèi)只要有一次雷電，即計為一個雷電小時。一個雷暴日折合三個雷暴小時。雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān)Td<15，少雷區(qū)；>40，多雷區(qū)；>90，強雷區(qū)三、雷電參數(shù)雷暴日和雷暴小時的統(tǒng)計中，并沒有區(qū)分雷云之間的放電和雷云對地的放電。但是，只有落地雷才有可能產(chǎn)生對電力系統(tǒng)造成危害的過電壓。第13頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三(二)地面落雷密度()和雷擊選擇性

表示每平方公里地面在一個雷暴日受到的平均雷擊次數(shù)。

我國標準對Td＝40的地區(qū)，?。?.07

(三)雷道波阻抗（Z0）雷電通道長度數(shù)千米，主放電時如同導體，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。主放電過程可看作是一個電流波沿著波阻抗為Z0的雷道投射到雷擊點的波過程。我國有關(guān)規(guī)程建議取Z0≈300Ω第14頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三負極性雷擊均占75～90%，對設備絕緣危害較大,防雷計算中一般均按負極性考慮。(五)雷電流幅值（）

通常定義雷電流為雷擊于低阻接地電阻(≤30Ω)的物體時流過雷擊點的電流。它近似等于電流入射波的兩倍，即

一般地區(qū)，雷電流幅值超過的概率可按下式計算(四)雷電的極性第15頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三波前陡度的最大極限值一般可取50kA/us左右。(六)雷電流的波前時間、陡度及波長雷電流的波前時間T1處于1～4us的范圍內(nèi)，平均為2.6us。波長T2

處于20～100us的范圍內(nèi)，多數(shù)為40us左右。我國防雷設計采用2.6/40us的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗中，標準雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50us雷電流波前的平均陡度(kA/us)第16頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三(七)雷電流的計算波形1、雙指數(shù)波2、斜角波3、斜角平頂波4、半余弦波在防雷計算中，按不同要求采用不同的計算波形第17頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三(八)雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時間有55％的對地雷擊包含兩次以上的重復沖擊；3～5次沖擊者有25%；10次以上者有4%。平均重復沖擊次數(shù)取3次。(九)放電能量A=QU=107V×20C＝20×107W.s（200MW秒），放電能量不大，但是在極短時間內(nèi)放出的，因而功率很大。第18頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三四、雷電過電壓的形成(一)雷電放電的計算模型第19頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三(三)感應雷擊過電壓雷擊于線路附近大地或接地的線路桿塔頂部等，在絕緣的導線上引起感應過電壓。(二)直接雷擊過電壓

雷擊于地面上接地良好的物體雷擊于導線或檔距中央避雷線第20頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三先導放電階段：雖然有束縛電荷的存在，但是由于負電荷移動較慢，故線路上產(chǎn)生的的電流較小，相應的電壓也較小，可忽略。主放電階段：負電荷迅速被中和，束縛的正電荷產(chǎn)生的電場使導線對地形成一定電壓，而雷電流產(chǎn)生的磁通在導線也感應出一定電壓。這兩者之和就是感應雷擊過電壓，分別稱為雷擊過電壓的靜電分量和電磁分量。第21頁，講稿共23頁，2023年5月2日，星期三小結(jié)獲得比較廣泛認同的雷云形成機理為水滴分裂起電理論。雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長氣隙的火花放電。其發(fā)展過程分為三個