2.雷电流参数
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直击雷电流脉冲波形, 直击雷电流脉冲波形 10/350 µs 感应浪涌电流波形, 8/20 µs 感应浪涌电流波形
60
8/20µs current impulse
50
10/350µs current impulse
电 流 [kA]
40 30 20 10 0 -10 0 100 200 300 400 500 时间 [µs] 600 700 800 900 1000
关于雷电流波形参数－幅值、波头和波长时间， 关于雷电流波形参数－幅值、波头和波长时间，已经 累积了各种实测数据，虽然基本规律大致接近， 累积了各种实测数据，虽然基本规律大致接近，但具体数 值却有差别，存在一定的分散性。 值却有差别，存在一定的分散性。其原因主要来自两个方 一是雷电放电本身的随机性受到各地气象、 面：一是雷电放电本身的随机性受到各地气象、地形和地 质等自然条件的诸多因素影响； 质等自然条件的诸多因素影响；二是测量手段和测量技术 水平不同。 水平不同。
雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3次至4 放电， 雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3次至4次放电，通常第 重复性 一次放电的电流幅值最高，因此第一次放电它对防雷设计至关重要。 一次放电的电流幅值最高，因此第一次放电它对防雷设计至关重要。 图2.1给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形，其纵坐 2.1给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形， 给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形 标是以电流最大值作为基值的比值。这里波形B 虚线）是对10次实 标是以电流最大值作为基值的比值。这里波形B（虚线）是对10次实 10 测取平均而得到的，其时间范围取得较小， 测取平均而得到的，其时间范围取得较小，以侧重展示雷电流的波前 部分；波形A则是对88次实测雷电波形取平均而求得的， 部分；波形A则是对88次实测雷电波形取平均而求得的，其时间范围 88次实测雷电波形取平均而求得的 取得较大，以反映雷电流波形的全貌。 取得较大，以反映雷电流波形的全貌。
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。
Chapter 2.1.2 首次雷击电流的参数
雷电流参数 (看图 (1.2b)) 看图1 看图 保护级别
I (kA) (µs) (µs) (C) (MJ/Ω) Ω 200 10 350 100 10 II 150 10 350 75 5.6 III - IV 100 10 350 50 2.5
幅值 I 波头时间 T1 半值时间 T2 电荷量 Qs 1) 单位能量 W/R 2)
Chapter 2.1.4 长时间雷击电流的参 长时间雷击电流的参 数
电流参数 (看图 1 (1.2b)) 看图 电荷量 QI 持续时间 T
(C) (s)
保护级别
I 200 0.5 II 150 0.5 III - IV 100 0.5
Chapter 2.1.5 实测的雷电流波形
雷电流波形
I (kA) 首次雷击 -40 Iimp 经过几毫秒（ms） 实测的雷电流脉冲波形 雷电流脉冲模拟波形, 10/350 µs
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
Q= ∫ i(t)dt
0
∞
（2.6） ）
对于建筑防雷设计来说， 对于建筑防雷设计来说 ， 一般是将雷击分为 首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数， 首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数， 详见表2－ 。 详见表 －3。
后续雷击的雷电流波形参数
波形参数
电流幅值Im（KA） 波头时间t1(µs) 波长（半幅值）时间τt(µs) 建筑物防雷类别 第一类 50 0.25 100 第二类 50 0.25 100 第三类 50 0.25 100
Chapter 2.1.6 波形的含义
90%
wk.baidu.com±i
I
I
50%
= 峰值电流(幅值)
T1 = 波头时间 T2 = 半值时间
t
10% T1 T2
短时间雷击
±i
10% QI T QI T 10% 值 t = 从波头起自峰值10％到波点降至峰 10%之间的时间 = 长时间雷击的电荷量 长时间雷击
Chapter 2.1.7 直击雷与感应雷波形的区 别
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。
Chapter 2.1.8 直击雷50KA波形 直击雷50KA波形
50kA 10/350µs current impulse
60
50
40
cu rren t [kA ]
30
20
10
0 0 -10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
time [µs] Peakvalue: 49.9kA Risetime: 29.0µs Time to halfvalue : 398.0µs Charge: 22.8As specific Energy: 640.7kA²s
Chapter 2.2 雷击闪电的特性
闪电的能量是以热能、机械能（包括冲击波、声波）及电磁能（包括光 能） 等的方式散发出来的，真正在地面消耗的仅是其中的一小部分。
雷电流的特性 闪电的电荷量 雷电波的频谱分析 雷电流波
Chapter 2.2.1 雷电流的特性
冲击电流大 一次雷击大多数分成3 次放电，一般是第一次放电的电流最大， 一次雷击大多数分成3-4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正 闪电的电流比负闪电的电流大（ 100KA以上）。雷云对地负闪击， KA以上）。雷云对地负闪击 闪电的电流比负闪电的电流大（在100KA以上）。雷云对地负闪击，电流 高达几万-几十万安培。世界观测到的最大雷电流为430KA，（ 430KA，（黑龙江省 值高达几万-几十万安培。世界观测到的最大雷电流为430KA，（黑龙江省 记录300KA的正电荷闪击 西藏记录有760KA） 300KA的正电荷闪击， 760KA 记录300KA的正电荷闪击，西藏记录有760KA） 时间短 一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、 一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放 电。整个过程一般不会超过60微秒。最长记录1.33秒 整个过程一般不会超过60微秒。最长记录1.33 60微秒 1.33秒 雷电流变化梯度大 雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒。 10千安 雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒。 冲击电压高 强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。 强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。
Chapter 2.0
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。
Chapter 2.1.3 后续雷击电流的参数
电流参数 (看图 1 (1.2b)) 看图 幅值 I 波头时间 T1 半值时间 T2 平均陡度 I / T1
(kA) (µs) (µs) (kA/µs)
保护级别
I 50 0.25 100 200 II 37.5 0.25 100 150 III - IV 25 0.25 100 100
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 。
图2.2 为典型的正极性电流波形
2、雷电流的波形画法
电流（kA）/电压（kV） 电流（ ） 电压 电压（ ） I
1.0 0.9
C B F
浪涌电压现 象描述方法
0.5
0.1
A E D t1 t2 图2.3
G 时 间 µs
极短时间
波头和波长时间的定义方法
3、雷击时的雷电流参量
雷电流提供的总电荷可按以下积分来计算： 雷电流提供的总电荷可按以下积分来计算：
-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
time [µs] Peakvalue: 50.0kA Risetime: 7.77µs Time to halfvalue : 20.3µs Charge: 1.2As specific Energy: 34.6kA²s
Chapter 2.1.10 闪电测试电流的 比较
i /kA
75
60
波形(µs) i Q (As) max.(kA) W/R(kJ/ )
1
1 10/350 75 37.5 1400
2 8/20 15 0.3 3.6
45
30
从LPZ0A区进入的线的SPD都用 区进入的线的 都用 10/350波形测试，其他的用8/20 波形测试，其他的用 波形测试 波形测试。 波形测试。
4、雷击概率分析（符合IEC61024-1） 雷击概率分析（符合IEC61024IEC61024
正闪击和负闪 击的概率分布
Chapter 2.1.1 雷击电流组成
±i
-i ±i
t
t
t
首次雷击电流 200 kA 10/350 µs
后续雷击电流 50 kA 0.25/100 µs
长时间雷击电流 400 A 0.5 s
15 2 0 0 200 350 600 800 1000
t /µs
(kA )
100 kA
1
波形（µs） 波形（µs） i 峰值电流. kA 峰值电流. Q As
80 kA
2
8/80 100 10 5·105 DIN VDE 0675 T.6, E
3
8/20 5 0.1 0,4·103 DIN VDE 0432 T.2
60
8/20µs current impulse
50
10/350µs current impulse
电 流 [kA]
40 30 20 10 0 -10 0 100 200 300 400 500 时间 [µs] 600 700 800 900 1000
关于雷电流波形参数－幅值、波头和波长时间， 关于雷电流波形参数－幅值、波头和波长时间，已经 累积了各种实测数据，虽然基本规律大致接近， 累积了各种实测数据，虽然基本规律大致接近，但具体数 值却有差别，存在一定的分散性。 值却有差别，存在一定的分散性。其原因主要来自两个方 一是雷电放电本身的随机性受到各地气象、 面：一是雷电放电本身的随机性受到各地气象、地形和地 质等自然条件的诸多因素影响； 质等自然条件的诸多因素影响；二是测量手段和测量技术 水平不同。 水平不同。
雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3次至4 放电， 雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3次至4次放电，通常第 重复性 一次放电的电流幅值最高，因此第一次放电它对防雷设计至关重要。 一次放电的电流幅值最高，因此第一次放电它对防雷设计至关重要。 图2.1给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形，其纵坐 2.1给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形， 给出了一组负极性雷电第一次放电雷电流实测波形 标是以电流最大值作为基值的比值。这里波形B 虚线）是对10次实 标是以电流最大值作为基值的比值。这里波形B（虚线）是对10次实 10 测取平均而得到的，其时间范围取得较小， 测取平均而得到的，其时间范围取得较小，以侧重展示雷电流的波前 部分；波形A则是对88次实测雷电波形取平均而求得的， 部分；波形A则是对88次实测雷电波形取平均而求得的，其时间范围 88次实测雷电波形取平均而求得的 取得较大，以反映雷电流波形的全貌。 取得较大，以反映雷电流波形的全貌。
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。
Chapter 2.1.2 首次雷击电流的参数
雷电流参数 (看图 (1.2b)) 看图1 看图 保护级别
I (kA) (µs) (µs) (C) (MJ/Ω) Ω 200 10 350 100 10 II 150 10 350 75 5.6 III - IV 100 10 350 50 2.5
幅值 I 波头时间 T1 半值时间 T2 电荷量 Qs 1) 单位能量 W/R 2)
Chapter 2.1.4 长时间雷击电流的参 长时间雷击电流的参 数
电流参数 (看图 1 (1.2b)) 看图 电荷量 QI 持续时间 T
(C) (s)
保护级别
I 200 0.5 II 150 0.5 III - IV 100 0.5
Chapter 2.1.5 实测的雷电流波形
雷电流波形
I (kA) 首次雷击 -40 Iimp 经过几毫秒（ms） 实测的雷电流脉冲波形 雷电流脉冲模拟波形, 10/350 µs
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
Q= ∫ i(t)dt
0
∞
（2.6） ）
对于建筑防雷设计来说， 对于建筑防雷设计来说 ， 一般是将雷击分为 首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数， 首次和后续雷击两种情况，并规定相应的波形参数， 详见表2－ 。 详见表 －3。
后续雷击的雷电流波形参数
波形参数
电流幅值Im（KA） 波头时间t1(µs) 波长（半幅值）时间τt(µs) 建筑物防雷类别 第一类 50 0.25 100 第二类 50 0.25 100 第三类 50 0.25 100
Chapter 2.1.6 波形的含义
90%
wk.baidu.com±i
I
I
50%
= 峰值电流(幅值)
T1 = 波头时间 T2 = 半值时间
t
10% T1 T2
短时间雷击
±i
10% QI T QI T 10% 值 t = 从波头起自峰值10％到波点降至峰 10%之间的时间 = 长时间雷击的电荷量 长时间雷击
Chapter 2.1.7 直击雷与感应雷波形的区 别
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。
Chapter 2.1.8 直击雷50KA波形 直击雷50KA波形
50kA 10/350µs current impulse
60
50
40
cu rren t [kA ]
30
20
10
0 0 -10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
time [µs] Peakvalue: 49.9kA Risetime: 29.0µs Time to halfvalue : 398.0µs Charge: 22.8As specific Energy: 640.7kA²s
Chapter 2.2 雷击闪电的特性
闪电的能量是以热能、机械能（包括冲击波、声波）及电磁能（包括光 能） 等的方式散发出来的，真正在地面消耗的仅是其中的一小部分。
雷电流的特性 闪电的电荷量 雷电波的频谱分析 雷电流波
Chapter 2.2.1 雷电流的特性
冲击电流大 一次雷击大多数分成3 次放电，一般是第一次放电的电流最大， 一次雷击大多数分成3-4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正 闪电的电流比负闪电的电流大（ 100KA以上）。雷云对地负闪击， KA以上）。雷云对地负闪击 闪电的电流比负闪电的电流大（在100KA以上）。雷云对地负闪击，电流 高达几万-几十万安培。世界观测到的最大雷电流为430KA，（ 430KA，（黑龙江省 值高达几万-几十万安培。世界观测到的最大雷电流为430KA，（黑龙江省 记录300KA的正电荷闪击 西藏记录有760KA） 300KA的正电荷闪击， 760KA 记录300KA的正电荷闪击，西藏记录有760KA） 时间短 一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、 一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放 电。整个过程一般不会超过60微秒。最长记录1.33秒 整个过程一般不会超过60微秒。最长记录1.33 60微秒 1.33秒 雷电流变化梯度大 雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒。 10千安 雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒。 冲击电压高 强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。 强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。
Chapter 2.0
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。
Chapter 2.1.3 后续雷击电流的参数
电流参数 (看图 1 (1.2b)) 看图 幅值 I 波头时间 T1 半值时间 T2 平均陡度 I / T1
(kA) (µs) (µs) (kA/µs)
保护级别
I 50 0.25 100 200 II 37.5 0.25 100 150 III - IV 25 0.25 100 100
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 。
图2.2 为典型的正极性电流波形
2、雷电流的波形画法
电流（kA）/电压（kV） 电流（ ） 电压 电压（ ） I
1.0 0.9
C B F
浪涌电压现 象描述方法
0.5
0.1
A E D t1 t2 图2.3
G 时 间 µs
极短时间
波头和波长时间的定义方法
3、雷击时的雷电流参量
雷电流提供的总电荷可按以下积分来计算： 雷电流提供的总电荷可按以下积分来计算：
-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
time [µs] Peakvalue: 50.0kA Risetime: 7.77µs Time to halfvalue : 20.3µs Charge: 1.2As specific Energy: 34.6kA²s
Chapter 2.1.10 闪电测试电流的 比较
i /kA
75
60
波形(µs) i Q (As) max.(kA) W/R(kJ/ )
1
1 10/350 75 37.5 1400
2 8/20 15 0.3 3.6
45
30
从LPZ0A区进入的线的SPD都用 区进入的线的 都用 10/350波形测试，其他的用8/20 波形测试，其他的用 波形测试 波形测试。 波形测试。
4、雷击概率分析（符合IEC61024-1） 雷击概率分析（符合IEC61024IEC61024
正闪击和负闪 击的概率分布
Chapter 2.1.1 雷击电流组成
±i
-i ±i
t
t
t
首次雷击电流 200 kA 10/350 µs
后续雷击电流 50 kA 0.25/100 µs
长时间雷击电流 400 A 0.5 s
15 2 0 0 200 350 600 800 1000
t /µs
(kA )
100 kA
1
波形（µs） 波形（µs） i 峰值电流. kA 峰值电流. Q As
80 kA
2
8/80 100 10 5·105 DIN VDE 0675 T.6, E
3
8/20 5 0.1 0,4·103 DIN VDE 0432 T.2