雷电的基础知识

雷电的基础知识
在带有不同电荷雷云之间，或在雷云及由其感应而生的不同电荷之间发生击穿放电，即为雷电。

雷电是自然界中一种特殊的、极为壮观的声、光、电现象—伴随有闪电和雷鸣的一种恐怖而雄伟壮观的自然现象。

一、雷电的成因及其特性参数⑴、雷云和雷电①雷云：
能发生闪电的云为雷云。

层积云、雨层云、积云、积雨云均与闪电有关，其中积雨云则最为重要。

②闪电：
积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。

当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，即“闪电”。

闪电的形状：
枝状、球状、片状、带状。

闪电的形式有云天闪电、云间闪电、云地闪电。

⑵、雷电的成因①雷电：
带有电荷的云层向下靠近地面时，地面上的凸出物、金属等，会被感应出异性电荷，随着电场强度的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，两者相遇即形成对地放电。

②闪电：
带负电荷的雷云在大地表面会感应出正电荷，这样雷云与大地间形成一个大的电容器，当电场强度超过大气被击穿的强度时，就发生了雷云与大地之间的放电，即常说的闪电，或者说是雷击。

③雷云放电过程：
雷云——雷电先导——迎雷先导——主放电阶段——余辉放电⑶、雷电的特性参数①雷电日（T）：
一年中发生雷电放电的天数，(衡量雷电活动频繁的程度)。

②雷电流：
雷击电流大致呈单极性的脉冲波。

主要可采用三个参数来表示，即雷电流的幅值、波头时间和半幅值时间。

③雷电过电压：
主要决定于雷电流陡度和雷电流通道的阻抗，它的大小可按下式来计算：
U=IR+L（式中：
I—雷电流幅值kA；i—随时间变化的雷电流kA；R—接地电阻Ω；L—雷电流通道的电感H）。

二、雷电的种类主要分为直击雷、感应雷、雷电波入侵、雷球、雷击电磁脉冲。

⑴、直击雷指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。

⑵、感应雷也称为雷电感应或感应过电压。

它分为静电感应雷和电磁感应雷。

①静电感应雷：
是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的。

它将产生很高的电位。

②电磁感应雷：
是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。

这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。

雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。

⑶、雷电波入侵由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。

⑷、雷球球形雷是一种特殊的雷电现象，简称球雷。

球形雷的形成研究还没有完整的理论，通常认为它是一个温度极高的特别明亮的眩目发光球体，直径一般约为10-20厘米或更大，球形雷通常在电闪后发生，以每秒几米的速度在空气中漂行，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是3至5秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，它能从烟囱、门、窗或孔洞进入建筑物内部造成破坏。

⑸、雷击电磁脉冲是指建筑物在遭受直接雷击或其附近遭受直接雷击的情况下产生的雷电过电压。

作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应。

绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及磁辐射干扰。

三、雷电的危害雷电流也是电流，它具有电流所具有的一切效应，不同的只是它在短时间以脉冲的形式通过强大的电流。

尤其是直击雷，它的峰值有几十千安，一致几百千安。

它的峰值时间（从雷电流上升至1/2峰值算起，直至下降到1/2峰值小的时间间隔），通常负闪击只有几微秒到十几微秒，正闪击较长些，正是这种特殊情况，使雷电流具有它的破坏作用。

雷电的危害主要包括雷电热效应的破坏作用、雷电冲击波的破坏作用、雷电流电动力效应的破坏作用、雷电静电感应的破坏作用、雷电流电磁感应的破坏作用、雷电反击和引入高电位的破坏作用。

⑴、雷电热效应的破坏作用由于雷电流很大，通过的时间又短，如果雷电击在树木或建筑物构件上，被雷击的物体瞬间将产生大量的热量，又来不及散发，以致物体内部的水分快速变成蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏。

当雷电流通过金属体时，如果金属体的截面积不够大时，甚至可使其熔化。

特别是那些引流导体的不良接触处，接触电阻值比较大，产生大量的热量，有时甚至出现熔体飞溅。

这些飞溅的熔体产生的火花对存储易燃易爆物品的建筑物来说，是极其危险的。

雷电通道的温度可高达6000~100℃，甚至更高。

⑵、雷电冲击波的破坏作用雷电通道的温度可高达几千至几万摄氏度，空气受热急剧膨胀，并以超声波速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩，形成“冲击波”。

被压缩的空气到达的地方，空气的密度、压力和温度都会突然增加。

这种“冲击波”在空气中传播，会使其附近的物体、人、畜受到破坏和伤亡。

⑶、雷电流电动力效应的破坏作用由物理学可知，在载流的导体周围空间存在磁场，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用。

即两根载流导体相互有作用力存在，这种作用力叫做电动力。

当两条导线流过同方向的电流时，这两条导线受到的力有迫使这两条导线靠拢的趋势。

因此雷击的时候，由于电动力的作用有可能使导线被折断。

⑷、雷电静电感应的破坏作用当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。

由于雷云的出现到发生雷击（主放电）所需要的时间相对于主放电过程的时间要长得多，因此大地可以有充分的时间积累大量的电荷。

然而当雷击发生后，雷云上所带的电荷，通过闪击与地面的异种电荷迅速中和，而建筑物和大地甚至架空导线上的感应电荷，由于局部与大地间的电阻比较大，而不能在同样短的时间内相应消失，这样就会形成局部地区感应高电压。

这种由静电感应生产的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用，建筑物内部的金属构架与接地不良的金属器件之间容易发生火花，这对存放易燃物品的建筑物，有引起爆炸的危险。

⑸、雷电流电磁感应的破坏作用由于雷电流有极大的幅值和陡度，在它周围的空间将有强大的、变化的电磁场，处在其中的导体、金属结构以及电力装置中产生很高的感应电压，可达几十万伏，足以破坏一般电气设备的绝缘；在金属结构回路中，接触不良或有空隙的地方，将产生火花放电，引起爆炸或火灾。

⑹、雷电反击和引入高电位的破坏作用①雷电反击通常是指接受直击雷的金属体（接闪器、接地引线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在很大的电压U，这个电压对与大地连接的其他金属物品发生闪击的现象。

此外，当雷击到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。

②雷电引入高电位是指直击雷或感应雷直接从输电线、电话线、无线电天线的引入线建筑物内，发生闪击而造成电击事故。

这种事故的发生率很高，而且往往事故又严重。