雷電和雷電流參數(shù).ppt

1、第二章,雷電和雷電流參數(shù),2.1 雷電活動參數(shù) 2.1.1.1 雷暴日 表征不同地區(qū)雷暴日活動的頻繁程度。 （1）雷暴日：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)生的次數(shù)和持續(xù)時間。 月雷暴日：一個月內(nèi)雷暴的天數(shù)，單位：d 季雷暴日：一個季度內(nèi)雷暴的天數(shù)，單位：d 年雷暴日：一年中雷暴的天數(shù)，單位：d （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） （2）月平均雷暴日：月雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：d 季平均雷暴日：季雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：d 年平均雷暴日：年雷暴日的多年平均結(jié)果，單位：d 見書第18頁的表，例如蘭州的

2、雷暴日數(shù)是 23.6 d/a，屬多雷區(qū)。 長春的雷暴日數(shù)是 35.2 d/a，屬多雷區(qū)。,2.1.1.2 雷暴時（書第19頁） （1）雷暴時：在一個小時內(nèi)只要聽到一次或一次以上的雷聲就算 一個雷暴時。 （我國大部分地區(qū)一個雷暴日大約為3個雷暴時） 日雷暴時：一日內(nèi)發(fā)生雷暴的時數(shù)，單位：時 月雷暴時：一月中發(fā)生雷暴的時數(shù)，單位：時 季雷暴時：一季內(nèi)發(fā)生雷暴的時數(shù)，單位：時 年雷暴時：一年內(nèi)發(fā)生雷暴的時數(shù)，單位：時 （2）平均雷暴時 平均日雷暴時：日雷暴時的多年平均結(jié)果，單位：時 平均月雷暴時：月雷暴時的多年平均結(jié)果，單位：時 平均季雷暴時：季雷暴時的多年平均結(jié)果，單位：時 平均年雷暴時：年雷暴時

3、的多年平均結(jié)果，單位：時 （3）逐時年雷暴時：一天中某一小時內(nèi)在全年中的雷暴時數(shù)，時 平均逐時年雷暴時：逐時年雷暴時的多年平均結(jié)果，時,2.1.1.3 雷暴月 （1）雷暴月：該月中發(fā)生過雷暴，而不論該月發(fā)生過多少天雷暴。 年雷暴月：一年中雷暴月數(shù)，單位：月 （2）平均雷暴月：年雷暴月的多年平均結(jié)果，單位：月 2.1.1.4 雷暴季節(jié) （1）雷暴季節(jié)：一年中雷暴所發(fā)生的月份構(gòu)成的時段，而不論在 這些月份中雷暴發(fā)生的天數(shù)。 （2）平均雷暴季節(jié)：雷暴季節(jié)的多年平均結(jié)果。 2.1.1.5 雷暴持續(xù)時期 （1）一年中初雷日與終雷日之間的天數(shù)，單位：d （2）平均雷暴持續(xù)時期：雷暴持續(xù)時期的多年平均結(jié)果，

4、天,2.1.2 雷電的空間分布參數(shù) 2.1.2.1 地面落雷密度 Ng ：每個雷暴日每平方千米上的平均落 雷次數(shù)，又叫閃電頻數(shù)。 單位是：km-2 d-1 一般取 式中 Td 是年平均雷暴日數(shù) 我國過電壓保護(hù)規(guī)程取地面落雷密度為 我國建筑物防雷規(guī)范GB50057-94使用,2.2 雷電流的波形及常用參數(shù) 雷電流具有電流所具有的一切效應(yīng)，不同的是它在短時間內(nèi)以 脈沖的形式通過強大的電流。尤其是直擊雷，它的峰值有幾十 千安培，甚至幾百千安培。 2.2.1 雷電流的波形 2.2.1.1 雷電流的波形 雷電流具有單極性的脈沖波形，大約有80% 90%的雷電流是 負(fù)極性的（負(fù)地閃）。 雷電放電具有重復(fù)性

5、，一次雷電平均包括3 4次放電，通常第 一次放電的電流幅值最高。,建筑規(guī)范64頁圖,2.2.1.2 雷電流波形畫法,書第22頁圖 實線 A 是對88次實測雷電流的取平均值 虛線 B 是對10次實測雷電流的取平均值,參看書第24頁的表2.3a,2.2.1.3 雷電流的等值波形 （1）雙指數(shù)等值波形（式2.7） 波形見圖2.4，幾個參數(shù)見表2.4 (2) 等值斜角波（式2.8） 波形見2.5 （參看書第25頁的表2.4）,（3）等值余弦波形（式2.9） 式中0為等值角頻率，它與 波頭f 時間之間的關(guān)系為： 該波形上的波頭上升部分的 最大陡度出現(xiàn)在t = f /2處： 書第27頁圖2.6,(4) 冪

6、指數(shù)波形（式2.10） 應(yīng)用實例（式2.11）（見右圖）： 書第27頁圖2.7 式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s,2.2.1.4 幾種常用的雷電過電壓波形及其近似表達(dá)式 （1）1.2/50s波形（式2.12） 這種波形是電氣電子設(shè)備絕緣耐受性能試驗中常用的標(biāo)準(zhǔn)雷電過電壓脈沖波形。 式中：A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s 書第28頁圖2.8,(2) 0.5 100kHz衰減振蕩波形（式2.13和式2.14） 由雷電在低壓交流線路上引起的暫態(tài)過電壓常具有衰減振蕩波形，且第一個波的波頭時間很短。 式中 常數(shù) B=0.6025 k=0.52

7、5 A=1.159 書第28頁圖2.9 1 = 0.4791 s 2 = 9.7788 s 0=2105rad/s,（3）10/1000s 波形（式2.12） 通信線路上雷電暫態(tài)過電壓等值波形，用于對通信線路網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行試驗。 此時式中： A = 1.019 書第28頁圖2.10 1 = 3.827 s 2 = 1404 s,2.2.2 雷電流幅值的累計概率 對大量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，傳統(tǒng)用經(jīng)驗公式（式2.15）： 年雷暴日大于等20d/a 地區(qū)用： （參照書第29頁圖2.11） 式中，Im 是雷電流幅值（kA） P 是雷電流幅值超過 Im 的概率 例如： Im = 100 kA ，則 用

8、反對數(shù)表查 0.0741 得 1186，首數(shù) 表示真數(shù)P 的小數(shù)點位置，即 表明，每100次雷電放電大約有12次雷電流超過100千安培。,也可用式2.16 ： 如果用這個公式，上例的 年雷暴日小于或等于 20d/a 地區(qū)用： 上例的,2.2.3 雷電流的能量與頻譜 2.2.3.1 能量估算 雷電的能量被負(fù)載吸收，等效為右圖 負(fù)載電阻 RL 吸收的能量為 當(dāng)R0=RL滿足時，負(fù)載獲得最大能量，為 單位負(fù)載電阻吸收的能量（單位能量）為 參看書第32頁的表2.5和2.6,對于恒壓負(fù)載，看右圖 UL 是恒壓負(fù)載兩端的保護(hù) 元件動作之后的殘壓 是恒壓負(fù)載吸收的瞬時功率 參看書第32頁下面的式子 參看書第

9、33頁的表2.7,2.2.3.2 頻譜分析 對于圖2.7 式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s 圖2.7 它的頻譜函數(shù)為（式2.20）： 圖2.17,對于圖2.8 A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s 圖2.8 它的頻譜函數(shù)為（式2.21）： 圖2.17,對于圖2.9 圖2.9 它的頻譜函數(shù)為（式2.22）： 圖2.17,可見：波頭和波長時間長的波形（10/1000s）具有較低的轉(zhuǎn)折頻率 和較慢的衰減速度，而波頭時間短的（0.5s100kHz）衰減 振蕩波形具有較高的轉(zhuǎn)折頻率和較快的衰減速度 什么叫波特圖？ 采用半對數(shù)坐標(biāo) （頻率用對數(shù)分度

10、， 增益和相角采用線 性分度）并用折線 近似表示的幅頻特 圖2.17 性和相頻特性曲線 的圖叫波特圖。, 雷電流峰值比率的頻率分布：指每一個單一頻率的電流峰值對 整個雷電流波峰值之比的分布。 對于雙指數(shù)波形 書第34頁對此式變換推導(dǎo)得（式2.24） 這個式子的模I()就是雷電流峰值比率的頻率分布。 由此可見： 頻率越高，電壓峰值越低（1kHz以上的電壓峰值明顯下降）。也就是雷電流主要分布在低頻部分，隨著頻率的升高而遞減。 另外，在波前相同的情況下，波尾越長，低頻部分越豐富。, 雷電流峰值比率積累的頻率分布 雷電流的直接破壞作用表現(xiàn)為： 對設(shè)備的過電壓擊穿 沖擊能量很大的熱擊穿 把（2.24）式

11、對 進(jìn)行積分得（2.26式） 8/20s、 1.5/40s、 10/700s波形的90%峰值電流積累分別出現(xiàn)在24kHz、 87kHz、 11kHz附近。 波前越陡，諧波越豐富，受雷電影響的頻率范圍就越寬。,什么是諧波？ 如果電流或電壓是非正弦周期函數(shù)，可將非正弦周期信號展開成傅里葉級數(shù)，展開后的傅里葉級數(shù)具有無窮多項，每一項都是正弦或余弦函數(shù)，只是各項的頻率不相同，稱之為諧波。 例如右圖是一個周期性矩形波， 第46頁圖 用傅里葉級數(shù)展開，其表達(dá)式為 電路與電子電路書第46頁下面的圖,雷電波能量比率積累的頻率分布 書第36頁的結(jié)論： 雷電波能量比率積累的頻率分布表現(xiàn)在低頻部分增值快，頻率越高，

12、增值越慢。 雷電的能量大多分布在低頻部分。 對于8/20s、 1.5/40s、 10/700s這三個雷電波，90%以上雷電能量分布在頻率為十多千赫以下。 說明：在通信網(wǎng)絡(luò)中要防止十多千赫以下頻率的雷電波侵入，就 能吧雷電波的能量消減掉90%以上。,2.2.4 閃擊距離 閃擊距離的概念：當(dāng)下行先導(dǎo)最先到達(dá)地面上某一 物體的臨界定向范圍時，下行先 導(dǎo)定向地向這個物體發(fā)展，并使 之遭受雷擊。這種臨界定向距離 書第38頁圖2.21 稱為雷擊距（也叫閃擊距離、定 向距離）。見圖。 看書第37頁的圖2.18左邊的圖 圖2.18左邊的圖 這是雷擊距與電場強度的函數(shù) 關(guān)系的圖,試驗表明：負(fù)雷擊的臨界擊穿強度為500kV/m 正雷擊的臨界擊穿強度為300kV/m 有人給出了雷擊距與雷電流之間的關(guān)系式： 此式對應(yīng)于書第38頁圖2.20中的曲線3, 雷擊距的大小與下行先導(dǎo)頭部的電位高低有關(guān)，與先導(dǎo)通道中攜帶的電荷密度有關(guān)。而先導(dǎo)中的電荷密度決定著隨