第一部分雷电的危害及防护技术

B 雷云电结构模式
没有雷雨云便没有雷电，因此对雷雨云的探 测研究是十分重要的。在20世纪30年代以后，人类通过施放大量探测气球， 获得了较丰富的资料，总结出最早的雷雨云电结构模式如图所示：存在两个 主电荷中心，云底附近另有一个次电荷中心。它们分别是中心位于约6公里 高度处，约含+24库仑电量的正电荷中心、中心位于约3公里的、约含─20库 仑的负电荷中心、中心位于1.5公里、含有约+4库仑电量的次电荷中心。 后来虽然也提出过许多雷雨云电结构的种种模式，对荷电中心的高度，荷电 量进行修正，甚至也有倾斜形式的电结构模式，但至今并无一致公认的比前 述原始模式更合理的模式，因而原始模式仍是当前常用的模式，它也称雷雨 云电结构的电偶极子模式。
（2） 线状雷
雷云与大地之间的放电，多以线状形 式出现而称为线状雷。
（3） 球状雷
球状雷也简称“球雷、球闪”，民间俗称“滚地雷”。 球雷是一种彩色的火焰球体，通常表现为100～ 300mm直径的橙色或红色球体，有时也可能是红色、 蓝色、绿色或紫色，最大直径也有达到1000mm。
（4） 联珠状闪电
案例六
2007年7月18日凌晨5时，嫦娥绕月工程地面应用系 统50米天线遭受雷击，造成天线俯仰驱动、常温放大器等 系统损害，模拟试验任务被迫延迟。
事故原因：防雷工程还没有施工完毕，个别军工所提供 的参数有误，造成防雷专业配套设备电压保护水平过高。
案例七
2007年7月14日中国航天二院某研究研究所为南京 军区某部队安装边海防视频监控系统遭受破坏，造成价值 上百万的设备被雷击坏，造成视频通信终端7个小时，此 次雷击施工受到国家航天部门和军队高层领导高度重视， 并要求我所认真配合搞好防雷工作。
事故原因：摄像机控制和视频线缆受到雷击电磁脉冲干 扰，进而造成芯片损坏。
Leabharlann Baidu
B 宏观结构
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，其生命史可以分为以下三个阶段： 形成阶段 成熟阶段 消散阶段
C 微观结构
一块成熟的雷雨云，其顶部可以伸展到－40℃的高度（约1万米以 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：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。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”，有水滴之间由于大小不同而发生的重力碰撞，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。在低于－20℃的云层中，也还有冰晶之 间的粘连和大冰晶的破碎过程发生。在雷雨云中发生的所有这些微物理过程， 都可以导致云中水汽凝结物电学状态的改变，对于雷雨云的起电有十分重要 的贡献。
C 正、负极性闪击
（3）雷云的起电机制


水滴破裂效应 吸电荷效应 水滴冰冻效应 温度起电假说 感应起电 对流起电假说 摩擦起电
3 雷电的基本分类
云内闪 云闪 云际闪 雷电（空间位置）
云空闪
地闪
片状 线状 雷电（形状） 球状 联珠状
蛛状
（1）片状雷
云间放电多为片状雷，由于云间线状闪 电被云体遮住，闪电的光照亮了上部的云， 闪电呈现出片状的亮光。
雷云形成的物理过程
雷云的电结构
雷云的起电机制
（1）雷云形成的物理过程
雷云或称雷雨云，是产生雷电的先决条件。



形成过程 宏观结构 微观结构
A 雷云形成过程
雷云带电原因的解释很多，但还没有获得比较满意的一致认识。一般认 为雷云是在有利的大气和大地条件下，由强大的潮湿的热气流不断上升进入 稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流穿过云层，水滴被撞分裂带电。 轻微的水沫带负电，被风吹得较高，形成大块得带负电的雷云；大滴水珠带 正电，凝聚成雨下降，或悬浮在云中，形成一些局部带正电的区域。实测表 明，在5～10km的高度主要是正电荷的云层，在1～5km的高度主要是负 电荷的云层，但在云层的底部也有一块不大区域的正电荷聚集。雷云中的电 荷分布很不均匀，往往形成多个电荷密集中心。每个电荷中心的电荷约为 0.1库仑～10库仑，而一大块雷云同极性的总电荷则可达数百库仑。这样， 在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和大地之间就形成 了强大的电场。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（大气中的电场强度约为30kV/cm，有水滴存在时约为 10kV/cm）时，就会发生云间或对地的火花放电；放出几十乃至几百千安 的电流；产生强烈的光和热（放电通道温度高达15000℃至20000℃）， 使空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣。这就是闪电伴随雷鸣叫做雷电的原故。
（2）雷云的电结构
雷云中电荷 雷云电结构模式 正、负极性闪击



A 雷云中电荷
雷雨云中的电荷，主要是云中水滴、冰晶和霰粒（俗称雪子）在 重力和强烈上升气流共同作用下，不断发生碰撞摩擦而产生的．当冰 晶和霰粒相碰时，短暂的摩擦作用使霰粒表面局部温度比冰晶高，结 果使霰粒表面带上负电，冰晶带上正电，这就是所谓的温差效应。当 冰晶与霰粒分开时，结果正负电荷也离开了。当水滴在霰粒表面冻结 时，水滴里外温度也不一致，水滴外层温度低先冻结呈正电性，里面 温度高呈负电性。一旦内部水冻结时，体积迅速膨胀，外层冰壳破裂， 冰屑带着正电荷飞散出去，而留下的冻水滴上仍带着负电荷．这样正 负电荷也发生了分离，冰屑较轻，被上升气流带到云层顶部，所以雷 雨云上面带正电荷。强烈上升的气流也会将云中大水滴冲破，形成许 多带负电的小水珠和带正电的较大水珠。带正电的较大水珠下沉直至 被上升气流支持在云层底部的局部区域．前面所述带负电的小水珠和 霰粒等逐渐扩散到雷雨云下部广大区域。
（3）雷电观测数据

国家雷电监测中心可查某一地区地闪次数
参看结果
（3）雷电观测数据

国家雷电监测中心可查某一地区地闪次数
查看结果
二、雷电的危害及实例分析
直击雷危害及实例分析 雷电静电感应危害及实例分析 雷电电磁感应危害及实例分析 高电位反击危害

1 直击雷危害及实例分析
直击雷危害是指雷电直接击在建筑物 上、人体上、动植物上等物体或生物上， 因电效应、热效应和机械力效应造成建筑 物等物体损坏以及人员、动植物等生物的 伤亡和枯萎。
案例二
2008年8月14日14时30分左右，怀柔区慕田峪地区 有雷雨天气过程，在慕田峪长城8号烽火台避雨的游客有9 人遭雷击被送往医院。其中美国游客3人、香港游客2人、 内地游客4人。
事故原因：虽然慕田峪长城管理部门提前发出雷电预警 ，但是由于慕田峪长城没有采取防直击雷措施。
案例三
2008年5月某日北京市劳动文化宫院内一颗侧柏遭受 雷击，该侧柏为“国家一级保护古树名木”，本次雷击造 成 侧柏所有树冠均被损坏。接下来几个月在西城、昌平、密 云等地区均有雷击古树报告。经我们近一步了解，北京地 区古树名木几乎每年都有遭受雷击的报告。这些雷击事件 引起了北京市政府的高度重视，并指示市园林绿化局和我 局共同研究北京地区古树名木防雷试点工程，目前工程设 计方案已经通过专家组论证。
3雷电电磁感应危害及实例分析
由于雷电电流迅速变化在其周围空间产生瞬 变电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势 ，近而给周围物体造成危害。
案例五
2004年6月28日20时38分，西昌卫星发射中心某 通信站遭受一次雷击，造成无线电台、计算机、UPS电源 等多种军用通信设备受损。
事故原因：上述设备所在建筑虽然安装防直击雷措施 ，但所有设备均未采取防雷电电磁感应措施。

第一区：长江以北、105°E以东地区

第二区：长江以南、105°E以东地区
第三区：36°N以北、105°E以西地区 第四区： 36°N以南、105°E以西地区


第一区：长江以北、105°E以东地区 范围：主要包括黑龙江省、吉林省、辽宁 省、内蒙古自治区（中部和东北部）、河 北省、山东省、江苏省、安徽省西北大部、 山西省、河南省、湖北省大部、陕西省、 四川省东半部、宁夏回族自治区和甘肃省 东南角等地区。 雷暴日：年平均雷暴日为20~50d,有些地区 略偏高。
联珠状闪电是很少见到的一种闪电，也 学者认为它是由一串球雷组成。
（5） 蛛状闪电
蛛状闪电特指在雷暴云的消散阶段或层 状降雨阶段观测到的发生于云底附近具有大 范围水平发展、多分叉放电通道的壮观放 电现象。
4 我国雷电活动规律
我国雷暴区的划分
雷电活动规律总结
雷电观测数据
（1）我国雷暴区的划分
内容：

雷电的基础知识 雷电危害及其实例分析


雷电防护技术及其发展
一、雷电的基础知识
雷电的定义 雷电的形成 雷电的分类 我国及北京地区雷电活动规律

1、雷电的定义
雷电是云与云之间、云 内部、云与大气、云与大地 之间产生的放电现象。 前三种称为“云闪”， 第四种称为“地闪”。
2 雷电的形成

第三区： 36°N以北、105°E以西地区 范围：主要包括内蒙古自治区西南角、甘 肃省中部、西北部、青海省西北部、新疆 维吾尔自治区等地区。 雷暴日：长江两岸年平均雷暴日不到20d。

第四区： 36°N以南、105°E以西地区 范围：主要包括甘肃省东南部、青海省大 部、西藏自治区、四川省西半部、云南省 中部和西部等地区。 雷暴日：这一地区多为高原和山脉，地形 起伏较大，年平均雷暴日高于同纬度地区， 一般为50~80d。
2 雷电静电感应危害及实例分析
由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷 云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道 中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到 释放，如没有就近泄入地中就会产生很高的电 位，近而给周围物体造成危害。
案例四
1989年8月12日9时55分，中国石油总公司管道局胜 利输油公司黄岛油库遭受雷击，发生特大火灾爆炸事故， 19人死亡，100多人受伤，直接经济损失3540万元。 事故原因：是由于非金属油罐本身存在的缺陷，遭受对 地雷击，产生的静电感应火花引爆油气。

总结



（1）105°E以东地区的年平均雷暴日随维度的减小而递 增，但长江以北地区这一变化趋势并不显著，而长江以南 地区这一变化趋势比较明显。 （2）东南沿海地区年平均雷暴日偏低于同纬度离海岸稍 远地区的数值。此外江湖流域、河谷平原和河谷盆地的年 平均雷暴日又偏低于同纬度沿海地区的数值。此外江湖流 域、河谷平原和河谷盆地的年平均雷暴日又偏高于同纬度 其它地区。 （3）新疆维吾尔自治区、甘肃省和内蒙古自治区的广大 沙漠和戈壁滩地区以及青海省柴达木盆地等地区，因气候 干旱，平均年雷暴日较低，一般不超过10d，是我国年平 均雷暴日最低的地区。 （4）地势较高、地形复杂的山岳地区，平均年雷暴日往 往高于同纬度其它地区。
案例一
2008年5月3日12时30分左右，东城区禄米仓胡同 69号院62023部队1号楼因雷击架空线，造成线路着 火，后又引起楼顶排烟道起火，三层以上房屋不同程度受 到火灾损害。事故发生后，部队首长高度重视，立即邀请 我局防雷专家进行事故调查。
事故原因:架空线路没有采取防直击雷措施，建筑 防直击雷措施也年久失修，引下线和避雷带多处断裂，接 地阻值过高。

第二区：长江以南、105°E以东地区 范围：主要包括浙江省、福建省、广东省、 广西壮族自治区、安徽省东南角、江西省、 湖南省、贵州省及四川省、湖北省和江苏 省长江两岸地区。 雷暴日：长江两岸年平均雷暴日为40~50d, 两广南北地区年平均雷暴日为90~120d ， 其中海南岛中部的琼中和儋县，高达124d， 是我国年雷暴日最高的地区。