雷电的产生及参数;雷电冲击击穿

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雷电的产生及参数;雷电冲击击穿培训资料

1 ，击穿电压分散性也较大。
思考作业
6-3、2-10
5、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度γ指每个雷电日每平方公里的地面上的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）
我国标准对Td=40的地区，取
输电线路年平均遭受雷击的次数
N10 h100T 单位：次/100公里•年
1000
运行经验表明：土壤电阻率较周围土地小得多
的场地、山谷间的小河旁、迎风的山坡等，地面落雷密度远大于平均值，称为易击区。变电站或线路选址时应考虑避开这些地区。
定义：在多次施加某一波形和峰值一定的冲击电压时，间隙被击穿概率为50％时的击穿电压。
实际中，施加10次电压中有4-6次击穿了，这一电压即可认为是50％冲击击穿电压。
特点：与电场均匀度有关
(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散性小。冲击系数
U 50 1
U0
(2)在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数
➢ 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tf<<ts，放电时延主要取决于ts。为减小ts： ❖ 可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加 ❖ 可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子
➢ 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大。
冲击放电特点：具有放电时延；Ub>U0
1、完成气隙击穿的三个必备条件：
➢ 足够大的电场强度或足够高的电压。 ➢ 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子。 ➢ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。
完成击穿所需放电时间很短（微秒级）：
➢直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条件不成问题； ➢ 当所加电压为变化速度很快、作用时间很短的冲击电压时，因有效作用时间短，放电时间就变成一个重要因素。

人类对电的认识（四）--雷电知识

人类对电的的认识（四）--雷电知识一．雷电的原理雷电是一种自然现象，它的形成，主要是水蒸气上升而形成的。

雷云的主要成分是水的各种状态（如水蒸气、水滴、冰和雪），原来都是中和状态，即不带电的，但在气流急速上升过程中，小水珠就会分裂和碰撞，而形成带电体，使带正电荷的水滴下降，带负电荷的水珠继续上升，等到一定数量的电荷聚集在一个区域时，其电势就可能达到使其附近空气绝缘遭到击穿的程度。

雷云所带的电荷越多，它的电压也就越高，当它和另一块异性带电的雷云接近时，就会使两块雷云间的空气绝缘被击穿，发生剧烈的放电，使正负电荷互相中和，从而出现耀眼的闪电。

由于雷电流很大，放电时产生高温，使周围空气猛烈膨胀振动。

那轰隆隆的雷声也就随闪而至了。

二．雷云的形成闪电，俗称雷电，是自然大气中的超强（能量）、超长（距离）放电现象。

一般产自雷雨云（即雷暴、雷暴云或积雨云），其中最重要的就是积雨云。

首先我们先来了解一下积雨云是如何生成发展的，这里有三个基本条件：空气中必须有足够的水汽；有使潮湿水气强烈上升的气流；有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件。

（撒哈拉、塔克拉玛干温度高湿度小所以极少有积雨云。

沿海地区温度高湿度大积雨云就很常见了。

）由于地面吸收太阳辐射的能力要远大于空气，地面温升高，近地层空气温度升高，体积膨胀，密度减小，压强降低，向上运动，上面的空气团密度相对较大，就要下沉。

热气团上升过程中伴随发生两种物理过程：一是膨胀、二是降温（两方面引起的：气体膨胀压力减小，温度降低（气态方程）。

高空气温低，由于热交换）。

于是上升热气团中的水汽凝结出现雾滴形成了云。

其次我们来了解一下典型雷雨云的微物理结构：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。

由于云体在垂直方向上跨过了这么宽的温度范围，因而云中水汽凝结物的相态就很不一样。

在云中有水滴、过冷却水滴、雪晶、冰晶等。

我们把雷雨云按温度高低来分层，便可以看出：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，即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，由于过冷却水滴自然冻结的概率大为增加，云中冰晶的天然成冰核作用更为显著，故云中基本上都是雪晶和冰晶了。

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

雷电的形成机理及特征

第一节雷电的形成机理雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象，对人类的生产和生活有着巨大的影响。

那么，我们先从认识雷电谈起。

我国古籍中，有关雷电理论的记载十分丰富。

例如东周时《庄子》上记述：“阴阳分争故为电，阳阴交争故为雷，阴阳错行，天地大骇，于是有雷、有霆。

”这些学说与现代的雷电学说是如此相似，不过它比现代雷电学说要早2000 多年。

在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。

南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述：“凌云台南角一百步，有白石室，名避雷室。

”又有盛弦之《荆州记》中记述：“湖阳县春秋蓼国，樊重之邑了，重母畏雷，为立石室，以避之，悉之文石为阶砌，至今犹存。

”书中谈及的白石、文石，据分析应该属于绝缘性能较好的石块。

至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代称枨杆）等措施以避雷。

在古籍中关于雷击事故的记述就更多了，例如在《续晋阳春秋》上记述：“太元五年，霹雳含殿四柱，杀内侍二人。

”《晋安帝记》上记述：“义熙三年六月，震太庙鸱尾，彻壁柱，若有文字。

”《晋中兴书征祥说》上记述：“元兴三年，永安王皇后至住巴防，将设威仪入宫，天大雷震，人马多死。

”《沈括?梦溪笔谈》上记述：“内侍李舜举家为暴所震，其堂之西屋雷火自窗间出，赫然出檐。

人以为堂屋已焚，皆出避之。

及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆默。

有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银铝者，银悉容流在地，漆器不燃灼。

有一宝刀，极坚刚，就刀室中容为汁。

而室亦俨然。

人必谓：当先焚草木，然后流金石，今乃金石皆烁而草木无一毁者，非人情所测。

《齐书?五行志》：“永元三年正月，豫章郡，天火烧三千余家。

”以上只是我国古籍关于雷电灾害中的点滴摘录，当然它与现代雷电理论和防雷技术相比还有差距，但是从历史观点来看，我们的祖先能够在那么早的年代里就创造出那样完整的雷电理论，并且在技术上得到应用，这是我们民族光辉灿烂文化历史的一页。

1.1 雷电的特征雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象，同时伴随有雷声，具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。

雷电学原理知识

雷电学原理知识 The manuscript was revised on the evening of 2021雷电学原理知识1雷电:是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象.雷雨云是产生雷电的先决条件2雷雨云的三个阶段: 形成阶段成熟阶段消散阶段3雷雨云起电的原理: 1 水滴破裂效应2 吸电荷效应3 水滴冰冻效应 4 温差起电效应4 大多数雷电放电发生在雷云之间(或雷云内部),当两块雷云的异性电荷集中区之间的电场强度超过这里的空气绝缘强度时,雷云之间就会发生放电.雷云对地放电过程,可分三阶段,即先导放电阶段,回击阶段和余晖阶段.1 先导放电阶段带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出反极性的电荷.雷云下部的电荷大多数是负极性的,因此在地面上感应出的电荷多为正极性的电荷.2回击阶段下行先导通道发展到临近地面时,由于其头部与地面物体之间的距离很短,场强可达到非常高的数值,使得这里的空气急剧游离,从而把先导通道中的负电荷与地面或地面物体上的正电荷接通,正负电荷分别向上和向下运动,去中和各自异性电荷,于是就开始了回击阶段.回击也称为主放电.4云间放电:由于电荷的不断积累,不同极性的云块之间的电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就会形成云间放电5闪:不同极性的电荷通过一定的电离通道,互相中和,产生强烈的光和热的现象.既:放电通道中所产生的强光.雷: 在放电通道中所发生的热,迫使附近的空气突然膨胀,发出的巨大轰鸣声.6 雷电放电的重复性:一次雷电平均包括三、四次放电,第一次在雷云的最底层放电,重复的放电都是沿着第一次放电的通路发展的,随后的放电都是从较高的云层或相邻区发生.7 雷电放电的强度: 200—300KA 最高430KA8雷电产生的效应: 热效应电效应机械效应9闪电的种类: 1 片状雷电,云间放电多为片状雷. 2 线状雷电,雷云与大地之间的放电,多以线状的形式,通常雷云下部带负电,上部带正电.由于雷云的负电效应,使附近的地面感应出大量正电荷,所以地面带正电荷. 带状雷电线状雷的一种,是在闪电的过程中恰巧有水平大风吹过闪电通道,将几次线状闪电的放电通道吹分开来,肉眼看闪电通道变宽.3 球状雷电彩色的火焰状球体,表现为100-300mm直径,橙色或红色球体,最大直径也可能1m 存在时间为百分之几秒到几分钟,通常为3-5秒,辐射功率小于200W,有臭氧,NO2,或硫磺气味.4 联珠状雷电很少见的一种闪电,有人人为他是由一群球雷组成10雷电的空间分类: 云内闪电, 云际闪电, 云地闪电(落地雷,直击、雷)11地闪:雷云与大地的放电即:云地放电.多以线状形式出现,雷云与大地的放电中,90%为负极性雷击;放电过程为,向下移动的负极性先导激发,向地面输送负电荷;10%为正极性雷击; 放电过程为,下行先导激发,先导携正电荷,向地面输送正电荷12 先导放电: 放电开始时,其微弱的发光通道以100-1000km/s的平均速度,以脉冲的形式向地面延伸,形成阶梯先导,每段长度为25m;时间为50us;表现为树枝分叉状.分枝状的先导放电通道往往只有一条放电分枝能到达地面.13 枝状闪电的产生: 流柱沿着一条电阻最小的通道前进,遇到阻力时便随时改变前进的路线,于是空间出现不同枝状的闪电14滚球半径:从梯级先导通道前端向四周探索的10-100m长臂,这个长臂的臂长叫击距或闪击距离,标准叫滚球半径. 或者说:击距，定义为先导头与被击中物在最后一个间隙产生击穿电场瞬间的距离，或者说是，当被击物产生上行连接先导时，下行先导与被击物间的距离。

防雷安全知识培训

外部防雷措施内部防雷措施
接闪器（针、网、带、线)
引下线
屏蔽
接地装置
共用接地系统
屏蔽（隔离）
等电位连接
合理布线
安装浪涌保护器 SPD
直击雷防护
避雷针——高大建筑、易燃易爆库；避雷线——输变电线路；避雷器——靠近变压器电气线路；避雷网——由各种避雷设施构成的网。
顾山站屏蔽、等电位防护及接地
压变、温变接地
分离器接地
设备防雷－三道防线
第一道防线是通过接闪器（比如避雷针、避雷网），引下线和接地装置，将直击雷绝大部分雷电流泄放到大地；第二道防线通过屏蔽措施，阻止雷电波（流）通过金属导体（线）侵入电子设备闪电的电磁场效应（对线路系统尤为突出）；
向下先导
非主通道，枝状闪击
雷电的产生

雷电的产生
（1）形成雷云（2）云中电荷分布不均匀

雷电的部分统计特性
（ 1 ）多数雷电放电发生在云内，少数发生在雷云与大地之间（2）90％左右的雷是负极性
雷电的形状
云闪地闪
雷电参数简介－雷暴日
表征雷电活动的频率：年平均雷暴日

少雷区:年平均雷暴日不超过25的区域中雷区:年平均雷暴日在25~40的区域多雷区:年平均雷暴日在40～90的区域强雷区:年平均雷暴日在90以上的区域
之为"先导放电"。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的
，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈
中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随

雷电知识简介

雷电知识简介1.1 雷电的产生雷电是一种自然现象。

它是由雷云产生的。

形成雷云必须具备以下三个条件：1、空气中含有足够的水蒸气；2、大气中的空气形成温度差，以使潮湿的空气形成强大的上升气流；3、没有破坏或防碍强烈而持久的上升气流形成的因素。

大多数雷电放电发生在云间或云内，只有小部分是对地发生的。

在对地的雷电放电中，雷电的极性是指雷云下行到地的电荷的极性。

根据放电电荷量进行的多次统计，90％左右的雷是负极性的。

1.2 防雷区的划分1.2.1 防雷区的划分将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的电磁环境（雷电电磁厂的危害程度），同时指明各区交界处的等电位联结点的位置。

图1-1 雷电分区保护示意图以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。

LPZ0A：本区内各物体可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；LPZ0B：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；LPZ1：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有可能衰减；LPZ2：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有进一步的衰减一个被保护的区域，从电磁兼容的观点来看，由外到内可分为几级保护，最外层是0级，是直接雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低。

过电压主要是沿线窜入的，保护区的交界面通过外部防雷系统、钢筋混凝土及金属罩等构成的屏蔽层而形成，电气通道以及金属管道等则经过这些交界面。

图3-1是雷电保护区域划分的示意图。

SPD（Surge Protect Device）：浪涌保护器的英文简称，公司内也叫做防雷器，用于保护设备接口免受雷击过电压和过电流的损坏。

在本文中，统一将SPD称为防雷器。

1.3 雷电参数简介雷电放电涉及到气象、地形、地质等许多自然因素，有一定的随机性，因而表征雷电特性的参数也带有一定的统计性质。

在防雷设计中，我们对雷暴日、雷电流波形、幅值等参数比较关心。

1.3.1 雷暴日为了表征雷电活动的频率，采用年平均雷暴日作为计算单位。

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。

雷电形成过程、机理及特征分析

以一块云层的上下两端为基点，在一块云体内部发生的大气放电现象，称为云内闪电。
雷电若是发生在上下两块云层之间，则被称为云际闪电。
当这两块积雨云在空中平行相遇时，同一界面间的异性电荷就会相互吸引，在云际边缘发生多点大气发电现象，这就是所谓的联珠状闪电。
云内闪电
联珠状闪电
2.3.2 雷电是一种自然放电现象，按其产生的方式及造成的危害可分为：
一般平原地区比山地雷电流大，正闪电比负闪电能量大，第一闪击比随后闪击电流大。
高电压
闪电电荷量是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的数量。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。闪电电荷的多少是由雷云带电荷情况决定的，与地理条件和气象情况有关，也存在很大的随机性。大量观测数据表明，一次闪电放电电荷可从零点几库仑到1000多库仑，这些电荷在微秒内瞬时放电，所以，云层对大地之间的将电压高达几百万到几千万伏。
如果有一个带尖锋的金属球，让它带上负电，由于电荷同性相斥的作用，球体尖锋部分的电子受到同性电荷排斥力最强，最容易被排斥而离开金属球，这就是“尖端放电”。
地面上相对较高的建筑物，有时是避雷针，就好比金属球上的尖锋。雷击最容易在这些地方发生。
如图所示:
2.3.1 雷电，按云层的放电部位可将其分为以下四类：云内闪电、云际闪电、联珠状闪电和云地闪电。
能量主要集中在低频范围
雷电流主要分布在低频部分，随频率升高而递减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富；在波前相同的情况下，波尾越长，低频部分越丰富。
谢谢！
这成的样积放在云电云。，层就和是
大雷地击之，间一形部成分
了能一量个以电光容形器式。
地
放出,就是闪电。

雷电知识教学文档

雷电知识一、雷电是怎样形成的？答：雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。

它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25-30k V/cm），开始游离放电，我们称之为"先导放电"。

云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。

在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。

二、雷电的危害形式雷击有极大的破坏力，其破坏作用是综合的，包括电性质、热性质和机械性质的破坏。

根据雷电产生和危害特点的不同，雷电可分为以下四种：1.直击雷直击雷是云层与地面凸出物之间放电形成的。

直击雷可在瞬间击伤击毙人畜。

巨大的雷电流流入地下，令在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接导致接触电压或跨步电压的触电事故。

2.球形雷球形雷是一种球形，发红光或极亮白光的火球。

球形雷能从门、窗、烟囱等通道侵入室内，极其危险。

3.雷电感应雷电感应分为静电感应和电磁感应两种。

静电感应是由于雷云接近地面，在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。

在雷云与其他部位放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，以雷电波形式，沿突出物极快地传播。

电磁感应是由于雷击后，巨大雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致。

这种磁场能在附近的金属导体上感应出很高的电压，造成对人体的二次放电，从而损坏电气设备。

4.雷电侵入波雷电冲击波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。

雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜人低压，造成严重的触电事故。

三、雷灾新特点1.受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；2.从二维空间入侵变为三维空间入侵。

雷云的产生和雷电放电过程[宝典]

雷云的产生和雷电放电过程1.1.1 雷电发生机理雷电是由雷云放电引起的，关于雷云的聚集和带电至今还没有令人满意的解释，目前比较普遍的看法是：热气流上升时冷凝产生冰晶，气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云；较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降，它们在重力作用下下落的速度大，并在下落过程中与其他水份粒子发生碰撞，结果一部分被另一水生成物捕获，增大水成物的体积，另一部分云粒子被反弹回去，这些反弹回去的云粒子通常带正电荷，悬浮在空中形成一些局部带正电的云区，而水生成物带上负电荷。

由于水成物下降的速度快，而云粒子的下降速度慢，因而正、负电荷的微粒逐惭分离，最后形成带正电的云粒在云的上部，而带负电的水成物在云的下部。

整块雷云里边可以有若干个电荷中心。

负电荷中心，离地大约500~10000m。

它在地面上感应出大量的正电荷。

随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度（大气中约为30kV/cm，有水滴存在时约为10kV/cm）时，就会发生云间或对大地的火花放电。

雷电放电包括雷云对大地，雷云对雷云和雷云内部的放电现象。

大多数雷云放电都是在雷点与雷云之间进行的，只有少数是对地进行的。

在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电，如图1-1所示。

图1-1云对地放电（用彩色）雷云对大地放电通常分为先导放电、主放电和辉光放电三个阶段。

云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展，以逐级推进方式向下发展。

每级长度约10~200m，每级的伸展速度约107m/s，各级之间有10~100µs的停歇，所以平均发展速度只有（1~8）×105m/s，这种放电称为先导放电，如图1-3所示。

当先导接近地面时，地面上一些高耸的物体（如塔尖或山顶）因周围电场强度达到了能使空气电离的程度，会发出向上的迎面先导。

当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流（数十到数百千安），伴随着雷鸣和闪光，这就是雷电的主放电阶段。

雷电原理

2、微电子设备的耐雷能力有限
• 感应雷的频谱虽然很宽，但从能量积累分布来看，大多集中在低频段，如10/700s冲击波，总能量 95%以上分布在3KHZ频率以下,而1.2/50s冲击波，大约总能量90%以上分布在18KHZ频率以下。这类波形对工作在低频和直流状态的电子设备危害极大, 当输入至集成电路任一端口上的能量达到10-6焦耳左右时，集成电路芯片便会遭到永久性破坏，磁场强度超过2.4高斯时，计算机的CPU将永久性损坏，当磁场强度超过0.07高斯时会引起计算机失效。 • 某权威机构对计算机通信接口中常用的集成电路芯片，用10/700s波形作了冲击试验，结果见下表： • 集成电路型号施加冲击位置冲击耐压平均值 MC1488P 输出端 60V MC1489P 输出端 22V J274 输出端对地 32V J274 输出端子之间 50V J275 输出端子对地 31V J275 输出端子之间 30V TIL117 二极管反向 90V TIL117 三极管反向 25V • 可以说，一方面微电子设备的耐雷能力很弱，另一方面感应雷引入通道增多。因此，电子时代的防雷问题日益突出。
（一）雷电机理
1、雷云的形成
由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦和其他电离作用，使云团内部产生了大量的带正、负电荷的带电离子，又因空间电场力的作用，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（情况也可以相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷云。雷云的成因主要来自于大气的运动，当雷云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影。如图：
产生瞬时巨热 6000 度~10000 度超高温,瞬间高温超过太阳表面
3、雷电流电动力的破坏作用
如果雷击的瞬间两根平行架设的导线的电流I1 和

雷电产生原理

雷电形成原理及雷电灾害防御措施作者：安全文化网文章来源：安全文化网点击数： 1137 更新时间：2010-3-1随着高层建筑的不断涌现和电子信息系统的广泛应用，雷电灾害也日益成为人们日常生活中的重要危害之一。

每年夏季，全国各地都会发生雷击灾害事故，诸如电子信息系统遭到破坏、通讯中断、建筑物被毁、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的经济损失。

在此，仅从雷电的形成、雷击灾害的形成以及如何防御雷击灾害等方面作如下简析，用以提醒人们不可小视雷电危害，利用科学知识防御雷击灾害，将雷击灾害的损失降到最低限度。

1、雷电的形成雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。

夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。

在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。

雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。

在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声。

2、雷击灾害的形成云内和云与云之间的放电，叫云间闪电或云闪，云与大地之间的放电，叫云地闪电或地闪。

云闪因其不能到达地面，一般不会对人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。

地闪发生时，产生的雷电流从云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷击灾害。

当雷电流从云中泄放到大地时，直接打在建筑物、构筑物及人畜身上，产生电效应、热效应和机械力，造成毁坏和伤亡，称之为“直击雷”；当雷电流从云中泄放到大地时，在其泄放通道周围产生电磁感应向外传播或直接通过导体传导，导致在影响范围内的金属部件、电子元件和电气装置，受到电磁脉冲的干扰而毁坏，称之为“雷击电磁脉冲”。

雷电的形成

引言【1】雷击是夏季经常出现的强对流天气现象之一，是大气云层的自然放电现象。

雷击如同冰雹、洪水、龙卷风一样也是种自然灾害。

但由于其放电瞬间释放巨大能量，居无定所，建筑物、电子设备一旦遭受雷击时，会产生超出设备所需的高电压及强电流，造成设备、设施的毁坏，继而引发火灾，造成直接间接损失无法估计。

常常击毁器物，伤害人畜，严重危及生命和财产的安全，给我们的生活、生产带来极大的危害。

因此，了解雷击成因，既有助于认识雷击的危害性，又可加强人类对雷电的防御。

1.雷击1.1雷击的成因和形式夏季,自然界由于高温，水分的蒸腾作用加强，空气对流运动旺盛。

温热的空气被强大的上升气流推到空中遇冷形成浓积云。

雷雨云是所有类型云中最为活跃的一种，在厚厚的云层中存在着大量的正负电荷，正电荷和负电荷分离形成巨大的电偶极子，或多极子。

云层中大量的正电荷位于云层的顶部，大量的负电荷位于云层的中下部，少量的正电荷在云层的底部。

天上的积云上升受到地面上升的热气流不断的冲击，会发生电离而产生强大的电荷。

某些云团带正电荷，某些云团带负电荷，它们使大地地面或建筑物表面产生异性电荷，当电荷积累到一定程度时，不同云团之间、或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（E=25~30KV/cm）,开始游离放电，称之为“先导放电”，云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面（或地面上的建筑物、架空输电线）时，便会产生由地面向云团的逆导主放电，在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流，电流做功的结果，可使电流通过地方的气体瞬间温度升高到30000℃左右，从而呈现强烈的火光，这就是闪电，同时迅速加热的闪电通道各部分气体急剧膨胀，强烈压缩附近的大气层产生冲击波，冲击波退化时的声发射，这些声冲击波相互叠加，形成轰轰雷声，这就是雷电。

打雷下雨时会和地面之间发生放电现象，与地面上的比较高的建筑物、户外通讯设施等接触，就可能产生电击，形成雷击。

防雷专业基础知识

防雷专业基础知识内容提要：●雷电基础知识（形成、效应、主要参数）●建筑物防雷防雷系统，建筑物分级（有关参数），滚球半径，年预计雷击次数的计算，冲击接地电阻，各类建筑物的防雷措施（防直击雷、防雷电感应、防雷电波侵入、等电位连接的要求、防闪络措施、屏蔽、电涌保护）●电涌保护（电源、信号SPD的器件分类, 特性，使用）●防雷有关器件知识●接地电阻的计算及测量1.雷电基础知识1.1雷电的形成空中的尘埃、云滴、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。

一部分带电荷的云层对另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电，这种放电过程产生强烈的闪光并伴随有巨大的声音，这就是“雷”（即闪电）。

1.2雷电的主要参数●有统计，云层对地面的闪电次数为每秒钟100次（全球范围），还有一种说法任一时刻全球表面（包括云间和云对地）连续发生1000个雷暴。

●雷云对地放电的电流蜂值从几千安到数百千安。

大多数为几十千安，超过100千安的约有10% 。

●雷电流击中物体产生的瞬时单位能量可达到几百万到上千万焦耳/欧姆。

瞬时的功率非常之大。

●直击雷的电压的可达几百万伏甚至几千万伏。

●雷电流的持续时间只有几十到几百微秒。

1.3雷电的危害当人类社会进入电子信息时代后，雷灾表现出现的新特点：●受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；●雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上，防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。

●雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，全球每年因雷电灾害造成的人员伤亡、财产损失不计其数，我国每年因雷击造成的人员伤亡达三四千人，财产损失近50—100亿元人民币。

1.4雷电的活动规律1.4.1随机性：雷电发生的地点、时间、强度都是随机的，不能准确预报。

因此一般是按统计规律去研究雷击。

雷电的产生及参数;雷电冲击击穿

2、雷电流的波前时间、陡度及波长
雷电流的波前时间T1处于1～4μs的范围内，平均为2.6μs。波长T2处于20～100μs的范围内，多数为40μs左右。我国防雷设计采用2.6/40μs的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为 1.2/50μs。雷电流波前的平均陡度为
3、雷电流的计算波形
6、雷电通道的波阻抗
雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0 的雷道投射到雷击点的波过程。我国有关规程建议取
7、雷电的极性
负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大，防雷计算中一般均按负极性考虑。
在绝缘的冲击高压试验中标准雷电冲击电压的波形定为1250雷电流波前的平均陡度为3雷电流的计算波形在防雷计算中按不同要求采用不同的计算波形4雷暴日及雷暴小时为评价某地区雷电活动的强度常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计
单元一雷过电压及防雷设备认知
情境一雷过电压的产生和雷电参数雷电冲击下气体的击穿
实测表明：5～10km高度主要是正电荷云层，1～5km高度主要是负电荷云层。雷云中电荷分布一般不均匀，有多个电荷密积区。随着电荷积累，雷云电位升高，对地电位差可达数兆至数十兆伏。当不同电荷雷云间或雷云与大地凸出物接近到一定程度，其间电场强度达到该空间的击穿强度时，就会发生雷云间或对地的火花放电，即通常所说的雷击。一般把对地面凸出物直接的雷击叫直击雷。
实际的伏秒特性曲线如下图所示，是以上、下包络线为界的带状区域。
3、伏秒特性与电场的关系
随着时间的延伸，一切气隙的伏秒特性都趋于平坦，但特性曲线变平的时间却与气隙的电场形式有较大关系：电场越均匀，“V-S”越平。

2雷电形成与分类

非感应起电机制——温差起电
对流起电机制（热带地区暖云）这模式假定在雷雨云的发展过程中，上升气流初期把云底以下低层大气净正离子电荷带到云内直至云的上部，这些正电荷在云上部聚集形成正电荷中心，在这正的中心电场作用下，形成向上的传导电流，云顶以上电离层的负离子向下移动到云顶，由于云体周围是以下沉气流为主，这些负离子随下沉气流沿云体侧面下降到云体下部，在云的下部形成负电荷中心，使地面产生尖端放电，形成大量正离子，这些正离子又随上升气流到达云体上部，进一步加强了云上部的正电荷中心，同时又吸引云上方的电离层的负离子，复又随云四周的下沉气流到达云下部。
地闪和闪电分枝
图1是相机摄取的既有云空闪电，还有地闪的照片，表现为两支明亮的流光，一支到达地面，另一支则于空中近乎水平方向伸展很长的距离后消失，并有许多分枝，分枝主要发生在三个地方。图2为山脉上环状的向上负电闪，闪电流光从一塔顶伸出，打了个圈，然后水平方向伸很长距离。图3是1963年Surtsey叙尔特塞火山喷发时发生的云空闪电现象, 表现一条条很亮的流光
大雨滴破碎起电机制
大雨滴破碎起电机制，可以很好的解释有些云底荷少量正电荷的原因。
大雨滴破碎起电机制
如果两片初始温度不同的冰晶被带到一起，而后又被分开，则温度较高的冰晶获得负电荷，而较冷的冰晶获得相等数量的正电荷。
非感应起电机制——温差起电
其起电原因为：（1）冰中有一小部分的分子处于电离状态，形成较轻的H+和较重的羟基OH-离子，并且其浓度随温度升高而很快增加,温度高(热)的地方离子浓度大, 温度低(冷)的地方离子浓度低；（2）H+离子的扩散系数和迁移率比OH-离子要大10倍以上。因此当冰中有温度梯度时，将出现离子浓度梯度。由于热端起初具有较高的正、负离子，而后沿此浓度梯度，H+离子扩散得快，导致正负离子分离，使冷端获得净正电荷电量，而热的一端为净的负电荷, 冰中体电荷生成的电场将阻止电荷分离的继续，最后达到平衡状态，冰内建立了稳定的电位差。