高速铁路防雷及综合接地技术(两次课版)

➢雷电流标准波形
➢正 极 性 雷 电 流 波 形
➢负极性雷电流波形
➢2）标准波形
➢ [英]R.H.Golde《雷电》一书的记载和近年来大量 的观测表明：
➢ 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，常见的负电流波形前沿呈拱形。
➢ 国外在圣萨尔瓦托山、纽约州府大厦、意大利和其 它高建筑物等观测点观测获得的电流波记录都显示出有相 似的拱形前沿，到达峰值雷电流的中值时间有的是5.5μs， 有的是7μs。
➢主放电过程：放电主通道到达地面， 或与大地放电迎面会合以后，就形成 ➢云层到地面的全程（雷击放电通道） 放电，此时云中电荷通过主放电通道 流入大地，形成主放电。
3、雷电的产生
➢回击过程：当梯级先导与连接先导 会合，形成一股明亮的光柱，沿着梯 式先导所形成的电离通道由地面高速 冲向云中，这称为回击。
从闪电的空间位置分类，则可分为： 云内闪电 云际闪电 晴空闪电 云地闪电
云与大地之间的闪电简称地闪，对人类的关系最 密切，是防雷研究的主要对象
➢
大地被雷击时，多数是负电荷从雷雨云向大地放
电，称之为负地闪；少数是正电荷从雷雨云向大地放
电，称之正地闪。
➢空间位置（性质）
➢晴天放电 ➢雷云闪电
➢云内闪电 ➢云际闪电 ➢云地闪电
次雷电，每天约有800多万次雷电，一年中平均发
生30多亿次雷电，每次闪电在微秒级的瞬间释放出
约55kW.h的能量。
•森林火灾有50％以上因雷电引发；
•人们居住生活的建筑物屡遭雷击破坏；
• 电力、石化等工业设施常因雷击而发生灾难性事
故。
视频：雷暴
太空中看地球上的雷电活动
1、大自然中的雷电活动
1、大自然中的雷电活动
高速铁路
防雷与综合接地技术
主 讲： 曹晓斌 电 话： E-mail：
主要内容
➢雷电的起源及主要参数 ➢雷电对高速铁路的危害 ➢防雷措施与作用 ➢高速铁路防雷技术的发展 ➢综合接地技术
1、雷电的起源及主要参数
13、、大雷自电然的中产的生雷电活动
在全球范围内，雷电发生频率是很高的，任何时
刻大约有2000个地点遇上雷暴，每秒钟就有上百
➢几个参数： ➢每级通道变化范围约3 ~ 200 m ➢平均速度约 1.5 10 7 cm/s ➢间隙时间约 30 ~ 125 us ➢每一级的推进速度约 5 10 9 cm/s ➢通道直径约 1 ~ 10 m ➢每一级的击穿方向是不确定的折线
3、雷电的产生
➢闪电通道： 流注先导不断地向地 面发展，从而形成多枝状的充满负电 荷（对负地闪）的通道，其中有一枝 是充满负电荷（对负地闪）的主通道， 称为电离通道或闪电通道，简称为通 道。
从闪电的空间位置分类，则可分为： 云内闪电 云际闪电 晴空闪电 云地闪电
云与大地之间的闪电简称地闪，对人类的关系最密切， 是防雷研究的主要对象
闪电的类型： 从闪电表面的形状分类，则可分为：
线状闪电 片状闪电 带状闪电 联珠状闪电 球状闪电
➢线状闪电
➢片状闪电
➢带 状 闪 电
➢链珠状闪电 ➢球状闪电
5、雷电的波形及主要参数
1、雷电流波形
1）波头时间及波长 雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到
峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的波头时间【T1】 是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间； 波长时间【T2】是指从零上升到峰值，然后下降到峰值 的一半的时间，又称为半峰值时间。由于在雷电流波的 起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和 到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1和视 在波长时间T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度， 一般记为T1 /T2，如下图所示：
➢闪电的初始击穿： 在有积雨云存在的大 气中，积雨云的下部有一负电荷中心与其 底部的正电荷电荷中心附近局部地区的大 气电场达到104v/cm左右时， 则负、正电荷 之间的云雾大气会被击穿，负电荷向下中 和掉正电和，这时从云层下部到云底部全 部为负电荷区。
3、雷电的产生
➢先导流注： 随大气电场的进一步 加强，进入起始击穿的后期，电子与 空气的分子发生碰撞，形成天空中带 电的雷雨云的云粒（或水成物）向地 面延伸，在雷雨云下形成从云层向下 的流光，表现为一条暗淡的光柱，即 先导流注。
➢在 IEC 标 准 、 国 标 中 规 定 的 雷 击 测 试 波 形 主 要 有 ： 8/20us 、 10/350us （ 电 流 波 ） 、 10/700us 以 及 1.2/50us（电压波）等。
➢3）雷电流幅值
➢
通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻(Ri≤
2、雷云的产生
温差起电说
➢
冰块中同时存在氢离子（ Biblioteka Baidu + ）和氢氧根
离子（ OH ），由于冰块两端温度不同，会产
生发生离子扩散现象。氢离子质量轻，扩散快，
冷端呈现带正电。在对流气流和重力的作用下，
形成雷（雨）云起电后的电荷分布。
2、雷云的产生
冻结起电说
➢
在云层重有许多过冷水滴，当过冷水滴与霰粒碰撞
2、雷云的产生
感应起电说 温差起电说 冻结起电说 破碎起电说 电离起电说 摩擦起电说
2、雷云的产生
感应起电说 ➢ 地球是一个带电的大电容，电离层带正电，
地壳表面带负电，带电量约为50万库仑。水滴（ 也可能是冰晶、雹粒）在垂直大气电场中感应电 荷，下端为正、上端为负 ，与大气中上升的负 离子的电荷中和，使水滴带负电，形成雷（雨） 云起电后的电荷分布。
➢几个参数： ➢回击电流可达 10 kA。 ➢回击速度约 2 10 9 ~ 2 10 10 cm/s ➢回击通道直径约0.1 ~ 0.23 cm ➢回击通道温度可达 10000 0C ➢回击时间约60 us
4、雷电的种类
闪电的类型： 从闪电表面的形状分类，则可分为：
线状闪电 带状闪电 片状闪电 联珠状闪电 球状闪电
时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴
外部立即冻成冰壳，但它的内部仍暂时保持着液态，并
且由于外部冻结放的潜热传到内部，其内部液态过冷水
的温度比外面的冰壳高。温度的差异使得冻结的过冷水
滴外部带上正电，内部带上负电。
3、雷电的产生
三个主要阶段： ➢ 先导产生阶段； ➢ 先导发展阶段； ➢ 通道形成及放电阶段；