雷电放电的基本型式与特点

雷电放电的基本型式与特点
1.2.1雷电放电的基本型式
雷电放电主要有三种主要的型式即1、云对地放电；2、云对云放电；3、云内放电。

因第1种型式云对地放电对人类的活动影响较大，所以我们主要关心的是云对地放电。

（1）、云对地放电形成的直击雷（如图1-1所示）当云层对地较低、或地面有高耸的尖端突起物时，雷云对地之间就会形成较高的场强，当场强达到一定的值时，雷云就会向地面发展向下的先导，当先导到达地面，或与大地迎面先导会合时，就开始主放电阶段。

在主放电中雷云与大地之间所聚集的大量电荷通过狭小的电离通道发生猛烈的电荷中和，放出能量，产生强烈的声和光，即电闪、雷鸣。

在雷击点，有巨大的电流流过。

大多数雷电流的峰值有几十千安，也有少数达到上百千安。

由于雷击是大极短的时间内释放较大的能量，因而会造成极大地破坏作用。

（2）、云对云放电当带不同电荷的云团相遇时，就会发生云对云的放电，云对云的放电其实是最主要的雷电活动型式。

云对云放电对人类活动的影响要比云对地放电小得多，不会产生直击雷，直接造成人身伤亡和建筑物损毁事故。

但云对云放电会在线路和网络上产生感应雷过电压，过电压的大小视雷电活动强弱和放电雷云离地面的高低而定。

感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境（如土壤电阻率）、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。

一般来讲，云对云放电越强烈，参与放电的云层离地面越低，所产生的感应雷过电压就愈高，反之则愈弱。

感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生，也可由“电磁感应”的效应产生，但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。

（a）静电感应形成的感应雷过程、静电感应在线路中感应的过电压可由地闪引起，也可由云闪引起。

例如：在架空线路上空有一团雷云，雷云底部带负电荷，由于静电感应，雷云将在大地上感应出正电荷，雷云与大地形成电场，因架空线处于该电场中而被极化，在靠雷云一侧带正电荷，靠大地一侧带负电荷，由于架空线路与大地间的绝缘不会无穷大，因此导线上的负电荷便向左右两方向移动渐渐泄入大地，导线上仅存
有受雷击束缚的正电荷。

在这片雷云对另一雷云放电或者对大地放电时，则雷云与大地间的电场随之消失，导线上的束缚电荷变成自由电荷，并立即向导线两端移动，形成对地电压。

（b）电磁感应形成的感应雷过程、最初人们认为感应雷主要是由静电感应的效应形成，根据这一理论，在线路上被感应出的雷过电压应该和线路架设的高度成正比，那么埋地电缆的架设高度为零，自然被感应出的雷过电压也应该为零，但实际当中经检测在埋地电缆上的雷过电压可高达数万伏，这里用静电感应的理论显然不能完善的解释这种现象。

近年来，随着防雷科学技术研究的不断深入，一种新的解释理论产生了，这就是感应雷的电磁感应生成机理解释方法，这种方法认为：当直击雷放电过程中，强大的脉冲电流所产生的强力变化磁场将会对周围的导线或金属物体产生电磁感应，从而引发过电压，以致发生闪击的现象。

（3）云内放电当带电云团的内部，带异号电荷中心之间的电场强疫达到空气间隙的击穿值时会发生云内放电，云内放电的强度一般都不会特高，属于最弱的一种雷电活动型式，对人类活动几乎没有什么影响，因而也很少受到人们的关注。

（4）球形雷、是一种橙色或红色的类似于火焰的发光球体，偶尔也有黄色、蓝色或紫色的。

大多数球雷的直径在10—100cm之间，球雷多在强雷暴时空中闪电最频繁的时候出现。

球形雷通常沿水平方向以1—2m/s的速度上下滚动，有时距地面2—3m，有时距地面0.5—1m，它在空气中的漂游时间可由几秒到几分钟。

关于球形雷的形成机理至今尚无合理的解释，通常认为球雷是强雷暴时产生的分裂带电或放电云团。

球雷常由建筑物的孔洞或门窗进入室内，最常见的是沿大树滚下进入建筑物并伴有“嘶嘶”声。

球雷有时自然爆炸，有时遇到金属管线而爆炸。

球雷有时遇到易燃物质则造成燃烧，遇到易燃、易爆气体或液体会造成剧烈的爆炸。

有的球形雷会不留痕迹地自行消失，但大多数则伴有爆炸声，爆炸后偶尔有硫磺、臭氧或二氧化碳气味。

球形雷火球可辐射出大量的热量，因此它的烧伤力较大。

防护球形雷并不困难，比如采用法拉弟笼式避雷网，或将建筑物的金屋门窗接地，在雷雨天气时关闭门窗。

堵上建筑物上不必要的孔洞。

储存易燃、易爆物体的仓库和厂房的门窗和排气孔要加装接地的金属防护网等措施。

1.2.2 雷电放电的选择性
在同一区域内雷击分布不均匀的现象称为“雷电放电的选择性”。

雷击虽是小概率事件，但它的发生仍有一定的规律可循。

如河南省信阳市有一山名“振雷山”，之所以得名“振雷山”主要是信阳市大多数雷电活动时，雷电都在该山区活动，并多次发生对地雷击放电的现象。

也就是说雷电活动在一定的区域内，特别是云对地放电会受地形、地势和季风的影响有一定的规律，掌握这些规律对防雷具有重要意义。

（1）雷击与地形、地势的关系、对于山区来说，雷电活动受地形、地势的影响较为明显，因为山区雷云的活动主要受季风的影响，而季风又受山势及地形的影响，比如两侧有高山、碍口，那么雷云就会随着季风的作用从山谷或碍口穿越，这时如果附近有突出物，就会引起雷云对地放电，位于这些地段的线路或设施要么合理避让，要么采取特别的防雷措施。

（2）雷击与地质的关系、从现场资料分析可知：如果地面土壤分布不均匀，则在土壤电阻率特别小的地区，雷击的概率较大，这是由于静电感应的作用，在雷电先导放电阶段，地中的感应电流沿着电阻率较小的路径流通，使地面电阻率较小的区域被感而积累了大量与雷云相反的电荷，而雷电自然就朝这电阻率较小的地区发展。

这就是为什么山区地下有金属矿的地方遭雷击概率大，河流附近雷击概率大的原因。

（3）雷击与地面设施的关系、当雷云运动到离地面较近的低空时，雷云与地面之间的电场受地面设施的影响而发生畸变，有时在突出的物体上由于电场强度增大，还会发生向上的迎面先导，雷电放电自然就容易在雷云与地面设施之间发生。

这就是为什么高塔和高耸的建筑物容易遭受雷击的根本原因。

（4）局部小气侯与雷击放电的关系、在雷电活动时工厂烟排出的热气流注、烟气（因烟气中含有导电的微粒和金属离子）它们比空气的电阻率小得多，有时更相当于半导体流注，一方面缩短了雷云与地面的矩离，另一方面会引起电场发生畸变，从而引导了雷击的发生，上海宝钢化工公司2005年8月17日的雷害事故，据分析就是由于局部小气侯的影响。

2005年8月17日21时45分，化工三期煤精酚水控制室操作人员听到一声爆炸巨响，A母线失电。

当电气点检工到达现场时，发现3p-5403B开关柜门被
炸变形，当时立即确认为3kvA母故障失电，一时无法恢复送电。

本次雷害事故直接损失如上所述是损坏了三台3kv开关，并造成了化工三期A母线失电6个小时。

由于A母和B母系统为备用，所以没有造成主设备停电，否则，如雷电同时造成A母和B母同时停电，则后果将不甚设想，将造成较大的损失。

宝钢化工公司位于上海市东北方长江边上，化工公司紧靠长江，距长江入海口仅几十公里。

属于海洋性气侯，每年的雷电活动日为70左、右，属于强雷电活动区。

在局部区域，雷电的活动规律是一般在山谷、河流和地面有突起物，地面有向上排放气流的场所，或地下有金属矿的地方落雷密度最大。

而宝钢化工公司所处的地理气象条件有多种因素符合高密度雷击的条件如：（1）位于江边符合位于河流傍的条件；（2）地面林立有大量的构筑物，符合地面有突起物的条件；（3）地下有大量的金属管道，对应地下有金属矿的条件；特别值得一提的是该公司所处厂区有几处凉水塔向天空排放大量的热蒸气（见图1—12和图1--13），
图1--12、凉水塔形成的小气侯
图1--13凉水塔形成的小气侯（用彩色）
造成局部的“小气侯”，即造成空气中介质的不均匀，甚至是突变，因为热蒸汽的介电常数εr与大气的介电常数εo有较大的差异，介电常数的变化会影响电场强度的变化，所以这种突变会导致雷云下的电场的畸变，从而影响雷云放电的几率，改变雷云放电的通道，加大局部区域的雷电放电概率。

一旦空中有带电的雷云在附近活动，受畸变电场的影响，雷电荷会沿着热蒸气排放通道放电，从而击中地面的突起物。

通过以上分析可知宝钢化工公司所处场所属于强雷电气象条件下的高落雷密度地区。

另外，2005年8月17日事故发生时，宝钢厂区电闪雷呜，雷电活动强烈，也证明了该事故的起因是雷电造成的。

1.2.3 我国雷电活动分布规律
我们国家幅原辽阔，从位于亚热带的海南到位于寒带的莫河距离几千公里，从东边沿海地区西到云贵高原，降雨量和雷电活动相差很大，但总的来说则有如下规律：
（1）南方的雷电活动多于北方，从南到北逐惭减少，海南地区的雷电日高达180多个，而西北新疆地区雷电日则少于20。

（2）沿海多于内地，在其他条件相同时，沿海地区的雷电活动明显高于内
地。

如浙江、福建沿海的雷电活动明显高于同一纬度的内陆地区。

（3）山区高于平原，位于同一地区的山区雷电活动明显高于平原地区。

（4）东部高于西部，特别是东北地区的雷电活动明显高于处于同一纬度的西北地区，这主要是受东北降雨量明显高于西北地区的原因，也就是说雷电活动和降雨量基本上是一至的。

（5）在同一地区会受地形、地势、地质和小气候的影响差异较大，因而在防雷措施上也要因地制宜，制订针对性的防雷措施。