雷电和雷电流参数
雷电流波形的关键参数
雷电流波形的关键参数雷电是一种自然现象，它产生的电流波形是非常复杂的。
为了更好地理解雷电的特性和行为，研究人员发展了一些关键参数来描述雷电流波形。
这些参数可以提供有关雷电能量释放过程的信息，并帮助我们更好地了解和预测雷电对环境和设备的影响。
在本文中，我将深入探讨雷电流波形的关键参数，包括峰值电流、上升时间、持续时间和下降时间。
我将从简单到复杂地介绍这些参数，并分享我的观点和理解。
1. 峰值电流：峰值电流是指雷电流波形中的最大电流值。
它是衡量雷电强度的重要指标，通常以千安（kA）为单位。
峰值电流的大小取决于雷暴云和被击中的物体之间的电荷差异以及雷电通道的导电能力。
较大的峰值电流意味着更强的雷电击中，可能会对设备和结构造成更严重的损害。
2. 上升时间：上升时间是指雷电流波形从最低电流值上升到峰值电流所需的时间。
它可以反映雷电流波形的急剧程度。
较短的上升时间意味着雷电流波形的变化速度快，释放的能量更集中，可能会导致更强烈的冲击和电磁干扰。
3. 持续时间：持续时间是指雷电流波形持续保持在峰值电流附近的时间长度。
它可以告诉我们雷电释放能量的持续时间。
持续时间较长的雷电事件可能会对设备和结构造成更长时间的影响，例如电磁辐射和电压过载。
4. 下降时间：下降时间是指雷电流波形从峰值电流下降到最低电流值所需的时间。
它可以用来描述雷电释放能量的方式。
较长的下降时间通常意味着雷电能量释放缓慢，可能会对设备和结构造成更持久的影响。
基于以上参数，我们可以更全面地了解雷电流波形的特性和行为。
通过评估这些参数，我们可以预测雷电对设备、结构和环境可能产生的影响，采取适当的防护措施和安全预防措施。
雷电流波形的关键参数对于雷电研究和防护工程至关重要。
了解和掌握这些参数将有助于我们更好地理解和应对雷电风险。
在未来的工作中，我们可以进一步研究和探索雷电流波形的相关参数，为雷电防护提供更准确和可靠的指导。
总结回顾：通过对雷电流波形的关键参数进行评估和理解，我们可以更好地了解雷电的特性和行为。
雷电及防雷保护装置简介
主要用于10kV以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装 置配合使用。
过电压波
保护间隙的伏秒特性
角形保护间隙
0
绝缘上受到的实际电压波形
1－主间隙; 2－辅助间隙 3－绝缘瓷瓶
管式避雷器：
实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭 、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘 比较薄弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。
旋弧型磁吹间隙：
主要用于FCD系列中 1－永磁铁 2－内电极 3－外电极 4－电弧
灭弧栅型磁吹间隙：主要用于FCZ系列中 1－磁吹线圈 2－辅助间隙 3－主间隙 4－主电极 5－灭弧栅 6－分路电阻 7－阀片电阻
●阀片电阻：SiC阀片和MOV阀片
阀片的非线性伏安特性：
特点：流过小电流时（如工频续流），
1. 原理结构图
瓷套
F—火花间隙 R—非线性阀片电阻
2. 动作过程 3. 主要特性参数 ▼额定电压 ▼冲击放电电压 ▼工频放电电压 ▼灭弧电压 ▼冲击系数 ▼切断比
●残压 ●通流容量 ●保护水平
●保护比
4. 结构特征
●火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙
单个平板火花间隙：1－黄铜电极； 2－云母垫圈；3－间隙放电区 普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成
常用计算波形： (1). 双指数波
I
0.5I
0
(2).等值斜角平顶波前 I 0
(3).等值半余弦波前
I 0.5I
0
§8.2 防雷保护装置
防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击， 而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。
一. 避雷针和避雷线
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。
雷电参数及防雷措施
2.电流极对地面电位分布的影响
3.电极呈直线布置
测得接地电阻
半球形接地电极的接地电阻
要减小测量误差，应尽量增大电流极、电压极与 接地电极间的距离
无间隙
无续流
优点
耐重复动 作能力強 通流容量 大
易于制成 直流系统 用避雷器
无间隙氧化锌避雷器的电气参数
1.标称放电电流
1kA 1.5k A 2.5k A
冲击波形为8/20µs的放 电电流峰值
20kA
10kA
5kA
2.残压 放电电流通过避雷器时在端子间的 最大电压值(kV 峰值)
残压
• 标称放电电流下的残压 • 陡波电流下的残压 • 操作冲击电流下的残压
1～5km的高度主要是负电荷的云
q 4.1.2 雷电放电
雷电放电的三个段 先导放电
• 云、地间电场强度达到空气的击 穿场强时(约10-30kV/cm)，空气 发生电离，产生一个向地面发展 的等离子通道
• 下行先导到达地面、或与地面上 的突出物上产生的迎面先导相遇， 产生雷云与大地的放电通道 • 主放电结束后，云中剩余电荷沿 主放电通道释放
优点 伏-秒特性平坦,不产生截波 防止截波: 与间隙串联一个电阻R
防止截波
电阻的作用:
阻尼振荡
阀片的伏安特性
单个平板型放电间隙的结构
标准放电间隙组
4、氧化锌避雷器
u ci
α
非线性系数
ZnO : α 0.01 ~ 0.04
Si C : α 0.2 ~ 0.5
适用于大批 量生产、造 价低、经济 性好
第四章 雷电参数及防雷设施
目
雷电及其危害 雷电参数 防雷保护装置
录
避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置
2.雷电流参数
的本质部分包括在首次雷击中， 1） 因为全部电荷量 Qs 的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑 ） 合并了所有短时间雷击的电荷量。 合并了所有短时间雷击的电荷量。
2） 由于单位能量 W/R 的本质部份包括在首次雷击中，故所规定的值考虑 的本质部份包括在首次雷击中，
合并了所有短时间雷击的单位能量。 合并了所有短时间雷击的单位能量。
10/350 100 50 2.5·106 IEC 61024-1-1 61024-
i
60 kA 50 kA 40 kA
W/R J/Ω J/Ω 相关标准
1 2
20 kA
3
80 µs 200 µs 350 µs 600 µs 800 µs
5-20(11-2-21)
S916e
1000 µs
t
(µs)
916e.ppt / 09.09.97
-20
后续雷击
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 t (µs) 1100
在一个放电通道内的首次雷击和后续雷击的能量效应与模拟雷电波形10/350 µs相似， 在一个放电通道内的首次雷击和后续雷击的能量效应与模拟雷电波形 相似， 相似 建筑物防雷保护” 以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。 雷电电磁脉冲防护” 在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及 建筑物防雷保护 雷电电磁脉冲防护 中提出和确认。
Chapter 2.1.9 感应雷 感应雷50KA波形 波形
50kA 8/20µs current impulse
60
50
40
current [kA]
30
20
10
0 0 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
雷电和雷电流参数
式中
γ (t ) = A(1 − e τ )e τ cos ω0t
1 2
−
t
−
t
常数 B=0.6025 k=0.525 A=1.159 τ1 = 0.4791 µs τ2 = 9.7788 µs =2π× π×10 ω0=2π×105rad/s
应用实例（式2.11）（见右图）： 应用实例（ 2.11）（见右图）： ）（见右图
书第27页图 书第27页图2.7 页图2.7
i (t ) = AI m t e
3
−
t
τ
式中A = 0.01243(µs)-3，τ = 3.911 µs 0.01243(µ
2.2.1.4 几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式 1.2/50µ 波形（ 2.12） （1）1.2/50µs波形（式2.12） 这种波形是电气电子设备绝缘耐受性能试验中常用的标准雷电过电 压脉冲波形。 压脉冲波形。
6 AI m G (ω ) = 1 ( + jω ) 4
τ
图2.17
对于图2.8 对于图2.8
u (t ) = AU m (1 − e
−
t
τ1
−
t
)e
τ2
A = 1.037 τ1 = 0.4074 µs τ2 = 68.22 µs
《建筑规范》64页图 建筑规范》64页图
2.2.1.2 雷电流波形画法
书第22页图 书第22页图
实线 A 是对88次实测雷电流的取平均值 是对88次实测雷电流的取平均值 是对10次实测雷电流的取平均值 虚线 B 是对10次实测雷电流的取平均值
东南亚 雷电参数
东南亚雷电参数
- 雷电流幅值：长期的实际测量结果表明，对于一般地区，雷电流幅值超过I的概率可按下式计算 lgP=-I/88，其中I为雷电流幅值，kA；P为幅值超过I的雷电流出现的概率。
对于雷电活动较弱的地区（年平均雷暴日数一般在20及以下），其雷电流幅值也较小，此时雷电流幅值概率可改用下式计算 lgP=-I/44。
- 雷电流波前时间：在线路防雷计算时，规程规定取雷电流波头时间为2.6μs。
- 雷电流波前陡度：通常认为雷电流的陡度与幅值I之间存在线性的关系，即幅值愈大，陡度也愈大。
规程规定，雷电流的平均陡度可取为a=I/2.6（kA/μs）。
实测表明，雷电流波前陡度的最大极限值一般可取50kA/μs。
这些雷电参数对于雷电防护和研究具有重要意义。
在进行相关工作时，应结合具体情况，采用科学的方法进行雷电风险评估和防护设计。
雷电现象及危害
雷电现象及危害一、雷电现象及危害1.雷电产生的原因雷电现象比较复杂，它是由于地面湿气受热上升或空中不同冷、热气团相遇凝成水滴或冰晶形成积云，在运动时使电荷发生分离，当电荷积聚到足够数量时，就在带有不同电荷的云间或由于静电感应而产生不同电荷的云地间发生的放电现象。
雷云中可能同时存在着几个电荷聚集中心，所以经常出现多次重复性的放电现象，常见的为 2 ～3次，当第一个电荷聚集中心完成放电过程后，其电位迅速下降，第二个电荷聚集中心立即向着前一个放电位置移动，瞬间重复放电。
每次间隔时间从几百微秒到几百毫秒不等，但其放电电流将逐次递减。
2.雷电种类（1）直击雷带电积云接近地面与地面凸出物之间的电场强度达到空气的介电强度（25 ～30kV /mm）时发生的放电现象，称为直击雷。
（2）静电感应雷带电积云接近地面凸出物时，在其顶部感应出大量异性电荷，当带电积云与其他部位或其他积云放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚高速传播形成高压冲击波。
此冲击波由静电感应产生，具有雷电特征，称为静电感应雷。
（3）电磁感应雷雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场，在邻近的导体上感应出很高的电动势，该电动势具有雷电特征，称为电磁感应雷。
（4）球雷雷电放电时产生的球状发光带电气体，称为球雷，球雷可能造成多种危害。
3.雷电参数（1）雷电流幅值雷电流幅值指主放电时冲击电流的最大值，该幅值可达数十至数百千安，雷电流幅值越大，出现的概率越小。
（2）雷电流陡度。
雷电流由零增长至最大幅值的这一部分，称为波头（τt），通常只有 1 ～4μs；电流值下降的部分，称为波尾，可长达数十微秒。
（3）雷电冲击过电压雷电冲击过电压指冲击电压的最大值。
4.雷电的危害（1）危害的形式①直接雷击的危害。
地面上的人、畜、建筑物、电气设备等直接被雷电击中，叫做直接雷击。
发生直接雷击时，特大的雷电流（几十至几百千安）通过被击物，在被击物内部产生高达几万度的温度，使被击物燃烧，使架空导线熔化。
雷电参数
雷电参数
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
雷电参数
雷电参数是防雷设计的重要依据之一。
雷电参数系指雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、冲击过电压等电气参数。
1、雷暴日
只要一天之内能听到雷声的就算一个雷暴日。
通常说的雷暴日都是指一年内的平均雷暴日数，单位d/a。
我国把年平均雷暴日不超过15d/a的地区划为少雷区，超过40d/a划为多雷区。
2、雷电流幅值
雷电流幅值是指主放电时冲击电流的最大值。
雷电流幅值可达数十至数百千安。
3、雷电流陡度
雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。
雷电流冲击波波头陡度可达到50kA/μs，平均陡度约为30kA/μs。
做防雷设计时，一般取波头形状为斜角波，时间按2.6μs考虑。
雷电流陡度越大，对电气设备造成的危害也越大。
4、雷击冲击过电压
雷击时的冲击过电压很高，直击雷冲击过电压可用下式表达：
式中，UD——直击雷冲击过电压；i——雷电流，kA；RIE——防雷接地装置的冲击接地电阻，Ω；di/dt——雷电流陡度，kA/μs；L——雷电流通路的电感，μH。
如通路长度D以m为单位，则L=1.3D。
显然，直击雷冲击过电压由两部分组成（如图所示）。
图直击雷冲击过电压
（a）斜角波（b）半余弦波前一部分决定于雷流的大小和雷电流通道的电阻；后一部分决定于雷电流通道的电感。
线路防雷
架空输电线路防雷设计1、雷电1.1 雷电参数雷电先导通常带有与雷电云极性相同的电荷（多数为负极性），自雷云向大地发展。
在雷云及先导的电场作用下，大地感应出与雷云极性相反的电荷。
当先导通道发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展。
设先导通道中电荷密度为σ，主放电速度为L，（L约为0.1~0.5 倍光速），雷击图壤电阻率为零的大地时，流经通道的电流为：σL雷电通道具有分布参数特征，其波阻抗为Z0。
当雷击输电线路塔顶或导地线时，负极性的电流波z 自雷击点沿杆塔或导地线流动，而相同数量的正极性电流自雷击点沿通道向上发展。
流经杆塔（或导、地线）的电流波z：σZj为被击物体的波阻抗。
雷电通道波阻抗为Z0 Z0=300~400 Ω中国使用的雷电流幅值概率分布：P：雷电流幅值超过I的概率；I：雷电流幅值，kA。
例：雷电流超过50kA的概率为33%；雷电流超过75kA的概率为20%；雷电流超过108kA的概率为10%；雷电流超过130kA的概率为6%；雷电流超过150kA的概率为4%；西北地区及内蒙西部，年平均雷暴日为20，雷电流幅值减半。
1.2雷电流波形：规程建议计算用雷电流波头取2.6μS，雷电流平均上升陡度：(kA/μS)1.3 雷暴日与雷暴小时：雷暴日：一年中有雷电的日数；雷暴小时：一年中有雷电的小时数。
1.4地面落雷密度及输电线路落雷次数：地面落雷密度：每一雷暴日每平方公里地面遭受雷击的次数。
γ0.015 次/平方公里·雷暴日对输电线路来说，由于高出地面，有引雷作用，一般高度的线路等值受雷宽度为10h，（h为线路平均高度，m）；若线路经过地区年平均雷暴日为T，每年每100公里一般高度的线路落雷次数为N：γ次/100公里·年若T=40天，γ0.015 次/平方公里·雷暴日N=0.6h次/100公里·年1.5避雷线的保护范围：单根避雷线的保护范围：当hx≥h/2时，rx=0.47（h-hx）·P当hx<h/2时，rx=(h-1.53hx）·P当h≤30m时，P=1， 30<h<120m时，P=5.5/两根避雷线的保护范围：避雷线外侧的保护范围同一根避雷线，内侧为通过两避雷线及低点o的圆弧所确定：D：为两避雷线的距离，m。
雷电流波形的主要参数
雷电流波形的主要参数雷电流波形的主要参数雷电是一种具有破坏性的自然现象，它造成的损失对人类和自然环境都是不利的。
在工程设计和雷电保护领域，了解雷电现象的本质和特征是至关重要的。
雷电流波形是评估雷电击击保护中的重要参数之一。
本文介绍了雷电流波形的主要参数。
1.幅值雷电流波形的幅值是一种关键参数。
它表示了雷电流的最大峰值。
通常情况下，雷电流的幅值在千安到数十千安之间。
雷电流幅值越高，电流造成的电场就越强，电磁辐射也会更严重。
2.上升时间上升时间是指雷电流从其幅值的10%上升到其幅值的90%所需的时间。
上升时间反映了雷电流的变化速度。
其值约在0.1到1微秒之间。
当雷电流上升时间较短时，电流引起的电磁场也会增强。
3.下降时间下降时间是指雷电流从其幅值的90%下降到其幅值的10%所需的时间。
下降时间反映了雷电流的变化速度。
与上升时间相似，其值也在0.1到1微秒之间。
雷电流下降时间越短，电荷的变化也越快。
而且，电磁辐射的强度也会更高。
4.周期周期是雷电流波形的反复周期。
雷电波的周期是指雷击保护装置在最坏情况下需要承受的最大电荷周期。
不同地点的雷电波周期不同，通常在微秒和毫秒之间。
对于雷电保护的设计和计算，精确地了解频繁发生的雷电，在建筑物和设备上产生的周期是非常重要的。
5.功率谱密度功率谱密度是雷电幅值的频率特性。
它是指雷电信号在不同频段上的能量分布，也是雷电波形分析的重要参数。
功率谱密度通常在几千赫到数十兆赫之间。
总之，雷电流波形的主要参数是幅值、上升时间、下降时间、周期和功率谱密度。
这些参数对于正确设计和选择适当的雷电保护装置是必不可少的。
为了更好地了解雷电的特性和相应的保护方法，还需要在实践中对其进行更深入的研究和实验。
(整理)防雷资格考试2雷电基础知识
第二部分雷电基础知识1 雷电的形成1.1 雷云形成的物理过程雷电是雷雨云之间或在云地之间产生的放电现象，雷雨云是产生雷电的先决条件。
雷雨云是对流云发展的成熟阶段，它往往是从积云发展起来的。
发展完整的对流云，可以分为以下三个阶段：（1）形成阶段：这一阶段主要是从淡积云向浓积云发展。
云的垂直尺度有较大的增长，云顶轮廓逐渐清楚，呈圆孤状或菜花形，云体耸立成塔状。
这样的云我们在盛夏常常看到。
在形成阶段中，云中全部为比较规则的上升气流，在云的中、上部为最大上升气流区。
上升气流的垂直廓线呈抛物线型。
在形成阶段，一般不会产生雷电。
（2）成熟阶段：从浓积云发展成积雨云，就伴随雷电活动和降水，这是成熟阶段的征象。
在成熟阶段，云除了有规则的上升气流外，同时也有系统性的下沉气流。
上升气流通常在云的移动方向的前部。
往往在云的右前侧观测到最强的上升气流。
上升气流一般在云的中、上部达到最大值，可以超过25-30米/秒。
（3）消散阶段：一阵电闪雷鸣、狂风暴雨之后，雷雨云就进入了消散阶段。
这时，云中已为有规则的下沉气流所控制。
云体逐渐崩溃，云上部很快演变成中、高云系，云底有时还有一些碎积云或碎层云。
1.2 雷云的电结构一块成熟的雷雨云，其顶部可以伸展到－40℃的高度（约l万米以上），而云底部的温度却在10℃以上。
在云中有水滴，过冷却水滴、雪晶、冰晶等。
在温度高于0℃的“暖层”的云中，全部是水滴（包括云滴）；在温度0至－8℃的云层中，有较多的过冷却水滴（温度低于0℃的水滴），也有一些雪晶、冰晶；在温度低于－20℃的云层中，云中基本上都是雪晶和冰晶。
在成熟阶段的雷雨云中，发生着非常复杂的微物理过程，在云的“暖层”，有水滴之间发生的重力碰撞，也有湍流碰撞和电声碰撞过程。
同时，有大水滴在气流作用下发生变形，破碎而产生“连锁反应”；还有由云的“冷层”中掉到“暖层”中来的大雪花、霰等的融化等。
在温度0℃至－20℃的云层中，水汽由液态往固态转移十分活跃，冰、雪晶的粘连，大冰晶破碎等也很频繁。
高电压技术-第七章-雷电及防雷保护装置
雷电流的等值计算波形。
标准冲击波形，斜角平顶波，等值半余弦波前
雷道波阻抗。雷电通道在主放电时如同导体， 具有等值波阻抗。一般取300R
I et et
1 I 1 cost
2
7.2 防雷保护装置
防雷保护装置
防雷保护装置（定义） ：能使被保护物体避免雷击， 引雷于自身并顺利泄入大地的装置。
优点：
结构简单、价廉。
缺点：
熄弧能力低，易使断路器跳闸； 与被保护设备伏秒特性不易配合；
不均匀电场，放电分散性大，伏秒特 性陡
动作后有截波，威胁绕组绝缘
不能保护主变和发电机等重要设备 只能用于线路保护和进线段的保护 需其它设备配合使用
带间隙的阀式避雷器——结构
阀型避雷器主要由火花间隙和阀片（非线 性电阻）组成
第七章 雷电及防雷保护装置
主要内容
雷电放电过程
雷电参数
防雷保护装置
重点是：电压能量吸收 器——避雷器
7.1 雷电过程与雷电参数
什么是雷电放电
雷电放电:一种气体放电现象。路径达数千米，是一种超长 间隙的火花放电。
与实验室的长间隙火花放电有某些共同之处。 但又具有重复雷击等特点。
放电的条件：云中电荷密集处的场强达到：25~30kV/cm 放电型式：线状雷电、片状雷电、球状雷电 “云-地”之间的线状放电，是电力系统雷击危害的主因
主放电和迎面流注阶段。当先导放电接地地面时，地面场强 增大，地面突出物将向上形成迎面先导（迎面流注）。上下 先导放电相遇时，进入主放电阶段。
出现强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪光。 主放电时间极短，约50~100uS。发展速度50~100m/uS 电流幅值大，达数十千安到数百千安
2.雷电流参数
雷电流参数
雷电流波形； 雷电流的组成； 雷电流的特性
Chapter 2.1 雷电流的波形
1、雷电流的波形 、
[英]R.H.Golde《雷电》一书的记载和近年来大量的 R.H.Golde《雷电》 观测表明： 观测表明： 雷电流具有单极性的脉冲波形， 雷电流具有单极性的脉冲波形， 单极性的脉冲波形 大约有80-90%的雷电流是负极性的， 大约有80-90%的雷电流是负极性的 80 的雷电流是负极性 常见的负电流波形前沿呈拱形。 常见的负电流波形前沿呈拱形。 呈拱形 例如，在圣萨尔瓦托山，纽约州府大厦， 例如，在圣萨尔瓦托山，纽约州府大厦，意大利观测 点，匹兹勒宁大教堂和其他高建筑物获得的电流示波记录 都显示出相似的拱形前沿。 都显示出相似的拱形前沿。其中在圣萨尔瓦托山测得到达 电流峰值的中值时间为5.5μs。 5.5μs 电流峰值的中值时间为5.5μs。而在意大利观测点测到的 时间为7μs。 时间为7μs。
图2.1 雷电流的实测波形
雷电流上升率数据对避雷保护问题极其重要
为典型的正极性电流波形。 图2.2为典型的正极性电流波形。最大电流上升率出现在 为典型的正极性电流波形 紧靠峰值电流之前。正极性闪电通常由一个单闪击构成。 紧靠峰值电流之前。正极性闪电通常由一个单闪击构成。可 求得电流中值前沿为22µs，电流上升率中值为 求得电流中值前沿为 ，电流上升率中值为2.4KA/µs，半 ， 峰值的时间为230µs。 峰值的时间为 。
Chapter 2.2.2 闪电的电荷量
闪电电荷是指一次闪电中正电荷与负电贺中和的数 这个数量直接反映一次闪电放出的能量， 量。这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也就是 一次闪电的破坏力。它与地理条件和气象情况有关。 一次闪电的破坏力。它与地理条件和气象情况有关。 大量观测数据表明，一次闪电放电电荷Q 大量观测数据表明，一次闪电放电电荷Q可以从零点 几库仑到1000多库仑 多库仑。 几库仑到1000多库仑。 雷电之所以破坏性很强，主要是因为它把雷云蕴藏 雷电之所以破坏性很强， 的能量在短短的几十微妙放出来， 的能量在短短的几十微妙放出来，其瞬间功率是巨大 的。
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雷电和雷电流参数
§2.1 雷电活动参数 2.1.1.1 雷暴日 表征不同地区雷暴日活动的频繁程度。 （1）雷暴日：指该天发生雷暴的日子，即在一天内，只要听到雷
声一次或一次以上的就算一个雷暴日，而不论该天 雷暴发生的次数和持续时间。 • 月雷暴日：一个月内雷暴的天数，单位：d • 季雷暴日：一个季度内雷暴的天数，单位：d • 年雷暴日：一年中雷暴的天数，单位：d （所有雷暴日都不能反映一天中雷暴发生多少次或雷暴持续时间） （2）月平均雷暴日：月雷暴日的多年平均结果，单位：d 季平均雷暴日：季雷暴日的多年平均结果，单位：d 年平均雷暴日：年雷暴日的多年平均结果，单位：d
雷击距与雷电流幅值关系的经验公式 (式2.31)：
ds bImc
式中，ds 雷击距，m Im 雷电流幅值，Ka b 、c 常数，由实测数据确定
G() 6AIm (1 j)4
图2.17
图2.7
对于图2.8
t t
u(t) AUm (1 e 1 )e 2
A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s
图2.8
它的频谱函数为（式2.21）：
G()
AUm
1
2
1
UL 是恒压负载两端的保护
元件动作之后的残压
W P(t)dt
是恒压负载吸收的瞬时功率
参看书第32页下面的式子 参看书第33页的表2.7
2.2.3.2 频谱分析
对于图2.7
i(t)
AI
mt
3e
t
式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s
它的频谱函数为（式2.20）：
• 雷电波能量比率积累的频率分布表现在低频部分增值快，频率越 高，增值越慢。
• 雷电的能量大多分布在低频部分。
• 对于8/20s、 1.5/40s、 10/700s这三个雷电波，90%以上雷 电能量分布在频率为十多千赫以下。
说明：在通信网络中要防止十多千赫以下频率的雷电波侵入，就 能吧雷电波的能量消减掉90%以上。
i(t)
Im 2
(1
cos0t)
式中0为等值角频率，它与 波头f 时间之间的关系为：
0
π
f
该波形上的波头上升部分的
最大陡度出现在t = f /2处：
di 0Im
dt max 2
书第27页图2.6
(4) 幂指数波形（式2.10）
i(t)
n
t
mk
Bk
e
u(t) (R0 RL )
2RLdt
(R0
RL RL
)2
u2(t) dt
0
当R0=RL满足时，负载获得最大能量，为
Wmax
1 4R0
u2 (t) dt
0
单位负载电阻吸收的能量（单位能量）为
W / RL i2(t) dt
参看书第32页的表2.5和2.6
对于恒压负载，看右图
j
2 2
2
2
d
0
2
2
d
0
2
2
d
j0
2
2
d
j0
2
2
d
arctg arctg j 1 lg( 2 2 )
0
0 2
0
8/20s、 1.5/40s、 10/700s波形的90%峰值电流积累分别
试验表明：负雷击的临界击穿强度为500kV/m 正雷击的临界击穿强度为300kV/m
有人给出了雷击距与雷电流之间的关系式：
R 10i 0.65(m)
此式对应于书第38页图2.20中的曲线3
• 雷击距的大小与下行先导头部的电位高低有关，与先导通道中携 带的电荷密度有关。而先导中的电荷密度决定着随后回击出现的 雷电流幅值，所以雷击距大小依赖于雷电流的幅值。
2.2.1 雷电流的波形 2.2.1.1 雷电流的波形 •雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80% ~ 90%的雷电流是 负极性的（负地闪）。
•雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3 ~ 4次放电，通常第 一次放电的电流幅值最高。
《建筑规范》64页图
2.2.1.2 雷电流波形画法
书第22页图
实线 A 是对88次实测雷电流的取平均值 虚线 B 是对10次实测雷电流的取平均值
参看书第24页的表2.3a
2.2.1.3 雷电流的等值波形 （1）双指数等值波形（式2.7）
i(t) AI m (e t e t )
波形见图2.4，几个参数见表2.4
(2) 等值斜角波（式2.8）
波形见2.5
1
f
Im
（参看书第25页的表2.4）
（3）等值余弦波形（式2.9）
另外，在波前相同的情况下，波尾越长，低频部分越丰富。
② 雷电流峰值比率积累的频率分布 雷电流的直接破坏作用表现为：
• 对设备的过电压击穿 • 冲击能量很大的热击穿
把（2.24）式对 进行积分得（2.26式）
I0( j)
0
2 2
2
2
j
1
1
1 1
2
j
图2.17
对于图2.9 它的频谱函数为（式2.22）：
G()
A0U m
1 2
1 2
j
02
Hale Waihona Puke 1 11 1 2
2 j
图2.9
图2.17
可见：波头和波长时间长的波形（10/1000s）具有较低的转折频率 和较慢的衰减速度，而波头时间短的（0.5s~100kHz）衰减 振荡波形具有较高的转折频率和较快的衰减速度
2.1.1.5 雷暴持续时期 （1）一年中初雷日与终雷日之间的天数，单位：d （2）平均雷暴持续时期：雷暴持续时期的多年平均结果，天
2.1.2 雷电的空间分布参数
2.1.2.1 地面落雷密度 Ng ：每个雷暴日每平方千米上的平均落
雷次数，又叫闪电频数。 单位是：km-2 • d-1
一般取 Ng 0.0237Td1.3
• 什么叫波特图？ 采用半对数坐标
（频率用对数分度， 增益和相角采用线 性分度）并用折线 近似表示的幅频特 性和相频特性曲线 的图叫波特图。
图2.17
① 雷电流峰值比率的频率分布：指每一个单一频率的电流峰值对
整个雷电流波峰值之比的分布。
对于双指数波形
i(t) AI m (e t e t )
2.2.4 闪击距离 • 闪击距离的概念：
当下行先导最先到达地面上某一 物体的临界定向范围时，下行先 导定向地向这个物体发展，并使 之遭受雷击。这种临界定向距离 称为雷击距（也叫闪击距离、定 向距离）。见图。
看书第37页的图2.18左边的图 这是雷击距与电场强度的函数 关系的图
书第38页图2.21 图2.18左边的图
11 0.9259 1 0.0741 1.0741
用反对数表查 0.0741 得 1186，首数 1表示真数P 的小数点位置，即
P 0.1186 0.12 12%
表明，每100次雷电放电大约有12次雷电流超过100千安培。
也可用式2.16 ： lg P Im
压脉冲波形。
t t
u(t) AUm (1 e 1 )e 2
式中：A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s
书第28页图2.8
(2) 0.5 100kHz衰减振荡波形（式2.13和式2.14） 由雷电在低压交流线路上引起的暂态过电压常具有衰减振荡波形， 且第一个波的波头时间很短。
U（t）
BUm BUm
(t)[1 (t)
k
(t)]
0 t 2.5μs 2.5μs
式中
t t
(t) A(1 e 1 )e 2 cos0t
常数 B=0.6025
k=0.525
A=1.159
1 = 0.4791 s 2 = 9.7788 s
0=2105rad/s
A, f (t) A,
0t T /2 T /2t T
第46页图
用傅里叶级数展开，其表达式为
f (t) 4A (sint 1 sin 3t 1 sin 5t • • • 1 sin kt • • • )
π
3
5
k
电路与电子电路书第46页下面的图
③雷电波能量比率积累的频率分布 书第36页的结论：
式中 Td 是年平均雷暴日数
我国过电压保护规程取地面落雷密度为
Ng 0.015Td1.3
我国建筑物防雷规范GB50057-94使用
Ng 0.024Td1.3
§2.2 雷电流的波形及常用参数 雷电流具有电流所具有的一切效应，不同的是它在短时间内以 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 千安培，甚至几百千安培。
出现在24kHz、 87kHz、 11kHz附近。
• 波前越陡，谐波越丰富，受雷电影响的频率范围就越宽。
什么是谐波？
如果电流或电压是非正弦周期函数，可将非正弦周期信号展开成
傅里叶级数，展开后的傅里叶级数具有无穷多项，每一项都是正 弦或余弦函数，只是各项的频率不相同，称之为谐波。