第五章 雷電放電

第五章雷電放電11.雷電科學(xué)發(fā)展歷史中國(guó)古代對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)公元前1500年殷商甲骨文中就有“雷”字，稍晚的西周青銅器上有“電”字，他指的是閃電最早的文字記載時(shí)東漢哲學(xué)家王充（27－約97年）他在《論衡》中對(duì)雷電進(jìn)行了描述“雷者火也。以人中雷而死，即詢其身，中火則須發(fā)燒焦?！惫蕦m：雷公柱21.雷電科學(xué)發(fā)展歷史公元490年《南齊書》記載“雷震會(huì)稽山陰恒山保林寺，剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不弄也”雷電是神靈，多懲罰暴君，百姓中的惡人。如魯僖公15年（公元前645年）雷擊夷伯之廟，這是展氏的祖廟，史書未見(jiàn)說(shuō)展氏有什么罪惡事跡，但《左傳》就認(rèn)為他們祖上有“陰過(guò)”31.雷電科學(xué)發(fā)展歷史但王充、沈括、柳宗元、朱熹等反對(duì)神鬼論。元代末劉基（劉伯溫）（1311－1375）在《劉文正公文集》中講“雷何物也？曰雷者，大氣之郁而激發(fā)也，陰氣團(tuán)于陽(yáng)，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電?！敝袊?guó)古代的認(rèn)識(shí)只停留在觀察自然界，作理性思辨，而沒(méi)有動(dòng)手制造儀器，變革所研究的對(duì)象，進(jìn)行試樣工作，尋找其規(guī)律，因而無(wú)法前進(jìn)我國(guó)古廟的防雷措施41.雷電科學(xué)發(fā)展歷史沈括（1031－1095年）在《夢(mèng)溪筆談》中有詳細(xì)的描述“內(nèi)侍李舜舉家曾為雷暴所震，其堂之西屋，雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙階黔。有一木格，其中雜儲(chǔ)諸器，其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器皆不焦灼。有一寶刀，極堅(jiān)鋼，就刀室中熔為汁，而室亦儼然。人必謂火當(dāng)先焚草木，然后流金石。今乃金石皆鑠而草木無(wú)一毀者，非人情所測(cè)也。佛書云，龍火得水而熾，人火得水而滅，此理亦然?！?1.雷電科學(xué)發(fā)展歷史歐美雷電科學(xué)的建立17世紀(jì)歐洲發(fā)現(xiàn)了正電和負(fù)電。第一個(gè)將實(shí)驗(yàn)室人工產(chǎn)生的電（可稱為地電）與閃電聯(lián)系起來(lái)的是倫敦皇家學(xué)會(huì)館長(zhǎng)FrancisHauksbee1706年他觀察摩擦起電的放電不僅產(chǎn)生閃電，而且產(chǎn)生類似雷鳴的聲音。認(rèn)為其與雷電類似富蘭克林證明二者在12個(gè)方面是相似的61.雷電科學(xué)發(fā)展歷史歐美雷電科學(xué)的建立著名的風(fēng)箏試驗(yàn)（17世紀(jì)，富蘭克林）：240米長(zhǎng)的纏繞鋼絲的麻繩上產(chǎn)生20cm的電火花著名科學(xué)家GWRichman（1711－1753）（彼得堡科學(xué)院院士）觀察雷電而死亡高速攝影、記錄示波器、雷電定向定位儀等現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)72.雷電放電過(guò)程基本過(guò)程：先導(dǎo)放電階段；主放電階段1先導(dǎo)放電通道；2強(qiáng)游離區(qū)；3主放電通道30kV/cm82.雷電放電過(guò)程分級(jí)先導(dǎo)：多次先導(dǎo)主放電的重復(fù)過(guò)程，每次間歇時(shí)間為幾十毫秒，放電次數(shù)一般為2~3次，最多為４０次92.雷電放電過(guò)程102.雷電放電過(guò)程雷電放電由帶電荷的雷云引起大多數(shù)的放電發(fā)生在雷云之間－不危險(xiǎn)少數(shù)的放電發(fā)生在雷云和大地之間－危險(xiǎn)對(duì)地放電的雷云大多數(shù)帶負(fù)電荷，實(shí)測(cè)75％～90％理解以下幾點(diǎn)：雷云對(duì)地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放被擊物體的電位取決于雷電流和被擊物體阻抗的乘積從電源性質(zhì)看，相當(dāng)于一個(gè)電流源的作用過(guò)程人們能夠測(cè)知的電量，重要是流過(guò)被擊物體的電流11雷電放電基本參數(shù)先導(dǎo)放電平均速度：1.5x105m/s，數(shù)百安主放電：2x107~1.5x108m/s，幾十~幾百安12雷電的能量和功率雷電的瞬時(shí)功率很大，但能量卻很小。以中等雷電為例：雷云電位50MV，電荷Q=8C，則其能量為：55kWh電能，約等于4kg汽油。每平方公里每年落雷0.6次，獲得的雷電能量為33kWh，而每平方公里長(zhǎng)年的功率不足4W，不足以點(diǎn)亮一個(gè)燈泡瞬時(shí)功率：I=50kA,弧道壓降E=6kV/m，雷云1000m高度計(jì)，則主放電功率P為：13雷電的能量和功率雷電的熱效應(yīng)：雷電通道溫度15000~20000oC，森林大火，16mm鋼筋；雷電的機(jī)械效應(yīng)：氣體膨脹爆炸，熱應(yīng)力，電動(dòng)力雷電造成的事故：黃島油庫(kù)14雷電放電的計(jì)算模型開關(guān)S閉合前后對(duì)應(yīng)不同的雷電放電階段（先導(dǎo)放電和主放電），A點(diǎn)電位發(fā)生變化，從零突升到u=iZ先導(dǎo)放電通道具有分布參數(shù)特征，稱為雷電通道，其波阻抗為Z0(300)主放電過(guò)程，自雷云通過(guò)雷電通道向地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ╱0、i0）到達(dá)A點(diǎn)由c圖得出其彼德遜等值電路15雷電放電的計(jì)算模型能夠測(cè)知的電量，主要是流過(guò)被擊物的電流。跟據(jù)計(jì)算模型（電流源模型）推出雷電波的參數(shù)國(guó)際上定義雷擊小接地阻抗物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流定義為雷電流2i0Z0ZA雷電流源被擊電路16雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)雷電流的波形和極性75%~90%為負(fù)極性波形參數(shù)：波頭時(shí)間：1-5s波長(zhǎng)時(shí)間：20~100s，平均50s，大于50s的為18~30%我國(guó)在防雷保護(hù)中采用的波形：2.6/50s55%的落雷包含兩次以上沖擊，3-5次沖擊占25%，10次以上占4%，平均重復(fù)3次，最高紀(jì)錄可達(dá)42次17雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)18雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)雷電流幅值的概率分布現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)：陜南以外的西北地區(qū)及內(nèi)蒙古

雷電流的平均陡度和幅值線性相關(guān)19雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)雷電日和雷電小時(shí)：不足15日為少雷區(qū)，超過(guò)40的為多雷區(qū)，超過(guò)90的為強(qiáng)雷區(qū)地面落雷密度：

Td：雷電日數(shù)我國(guó)取=0.07(40雷電日)，國(guó)外一般取0.1-0.220雷電流的等值波形雙指數(shù)波三角波斜角波余弦波21雷電流的測(cè)量和雷擊選擇性采用磁鋼棒，羅果夫斯基線圈，雷電定位系統(tǒng)易擊區(qū)空曠地區(qū)：雷擊高的物體山區(qū)：有時(shí)山頂物體，有時(shí)迎風(fēng)面與地質(zhì)條件有關(guān)：地質(zhì)有礦物質(zhì)22廣東雷電定位系統(tǒng)截止2000年底，廣東省電力系統(tǒng)110kV、220kV及500kV線路的長(zhǎng)度分別為12217km、7972km及1668km

23接地物體對(duì)雷電先導(dǎo)的影響定向高度h30m