電力系統(tǒng)絕緣保護(hù) 過(guò)電壓防護(hù) 雷云放電和大氣過(guò)電壓

雷電過(guò)電壓及其防護(hù)雷云放電和大氣過(guò)電壓第一章防雷保護(hù)基本措施第二章閃電雷（雨）云雷云放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)雷電放電形式及危害01雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云本節(jié)研究的基本問(wèn)題（1）大氣中的雷電是如何產(chǎn)生的？（2）雷電現(xiàn)象有那些表現(xiàn)形式？（3）雷電流的特征是什么？（4）它是怎樣危害人的生命和財(cái)產(chǎn)的？雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云雷（雨）云的形成1、常見(jiàn)云的分類(lèi)：卷云、卷層云、卷積云、高層云、高積云、層積云、雨層云、積云、積雨云共9種。2、雷（雨）云：指產(chǎn)生閃電的云，即積雨云。雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云3、積雨云的形成形成雷（雨）云的三個(gè)條件：（1）空氣中必須含有充分的水蒸氣；（2）太陽(yáng)照射，水蒸氣上升凝結(jié)成小水滴；（3）大氣對(duì)流。積云階段禿積雨云階段鬃積雨云階段雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云（a）積云階段：由一個(gè)或多個(gè)云塔表征（c）消散階段：由下沉氣流和不斷削弱的對(duì)流性降雨表征（b）成熟階段：由同時(shí)存在的上升氣流和下沉氣流以及降雨共同表征雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云雷（雨）云的電結(jié)構(gòu)1、雷（雨）云的分成三個(gè)電荷集中區(qū)（公認(rèn)的典型電結(jié)構(gòu)模型）。由于負(fù)電荷中心離地面近，正電荷中心離地面遠(yuǎn)，地面觀測(cè)云多數(shù)帶負(fù)電。高度（km）108642+4C-20C+24C-300

C-80

C-1.50

C最高集中區(qū)為正電荷中間集中區(qū)為負(fù)電荷最低集中區(qū)為正電荷雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云2、雷（雨）云中電荷分布結(jié)構(gòu)受地理位置影響（1）電荷分布狀況不相同；（2）集中區(qū)高度不相同；（3）溫度分布不相同；（4）云體尺寸大小不相同。雷（雨）云的起電機(jī)制1、感應(yīng)起電學(xué)說(shuō)：水滴（也可能是冰晶、雹粒）在垂直大氣電場(chǎng)中感應(yīng)電荷，下端為正、上端為負(fù)，與大氣中上升的負(fù)離子的電荷中和，使水滴帶負(fù)電，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云2、溫差起電學(xué)說(shuō)：冰塊中同時(shí)存在氫離子（H+）和氫氧根離子（OH），由于冰塊兩端溫度不同，會(huì)產(chǎn)生發(fā)生離子擴(kuò)散現(xiàn)象。氫離子質(zhì)量輕，擴(kuò)散快，冷端呈現(xiàn)帶正電。在對(duì)流氣流和重力的作用下，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。3、破碎起電學(xué)說(shuō)：由于大氣電場(chǎng)的感應(yīng)極化，大水滴下降時(shí)，受到氣流作用發(fā)生破碎形成許多小水滴和幾個(gè)較大水滴。小水滴帶負(fù)電，較大水滴帶正電。由于云中的電荷增多，大氣電場(chǎng)又增大，如此循環(huán)，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。雷電放電和大氣過(guò)電壓雷（雨）云4、凍結(jié)起電學(xué)說(shuō)：云中冷水滴與雹粒接觸時(shí)，過(guò)冷水滴有了凝結(jié)核，發(fā)生相變，迅速變成冰。釋放的潛熱又使冰的外殼破裂成冰屑，冰屑帶正電隨氣流上升，較大的水滴帶負(fù)電留在原地或約下降，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。雷（雨）云中部溫度在0~-100C，是過(guò)冷水滴最多的區(qū)域，所以中部負(fù)電荷較多。閃電雷（雨）云雷云放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)雷電放電形式及危害01雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電閃電及分類(lèi)

1、閃電：指雷（雨）云中不同部分之間聚集的電荷形成的電場(chǎng)（可達(dá)幾百萬(wàn)伏/米），把云內(nèi)或云外的大氣層擊穿，產(chǎn)生的強(qiáng)火花放電。2、按閃電方式分類(lèi)（1）云內(nèi)閃電：帶電云層內(nèi)部擊穿放電。（2）云際閃電：一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層之間的擊穿放電。（3）云地閃電：帶電的云層對(duì)大地之間的擊穿放電。3、按閃電形狀分類(lèi)（1）線狀閃電：常發(fā)生在云地之間。（2）帶狀閃電：線狀閃電的特殊情形。（3）片狀閃電：發(fā)生在云際之間的線狀閃電的特殊情形。雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電（4）聯(lián)珠閃電：強(qiáng)線狀閃電中偶爾出現(xiàn)的一種特殊現(xiàn)象。（5）球狀閃電：具有強(qiáng)烈的電磁效應(yīng)和穿透金屬能力，形如火球，也稱(chēng)球閃或滾地雷。線狀閃電雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電云內(nèi)閃電雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電球狀閃電雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電云地閃（簡(jiǎn)稱(chēng)地閃）的結(jié)構(gòu)1、地閃應(yīng)具備的特殊條件（1）大地作為導(dǎo)體，感應(yīng)的正電荷可以自由流動(dòng)。（2）積雨云中帶電粒子之間仍是絕緣的空氣。（3）足夠大的電場(chǎng)使絕緣的空氣擊穿，形成導(dǎo)電通道。雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電2、地閃的全過(guò)程（1）積雨云中層的負(fù)電荷區(qū)與下層正電荷區(qū)之間的的強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生局部區(qū)域擊穿，負(fù)電荷區(qū)擴(kuò)展到積雨云下部，形成流光。（2）擴(kuò)展的結(jié)果使積雨云下端與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，致使云下端某些特殊地點(diǎn)的空氣先擊穿，形成向下發(fā)展的流光，即形成一段（級(jí)）導(dǎo)電通道，在導(dǎo)電通道前端會(huì)累集大量負(fù)電荷。雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電（3）累積的結(jié)果，又使下面空氣被擊穿，這樣不斷重復(fù)上述過(guò)程，導(dǎo)電通道逐步向下發(fā)展，即形成梯級(jí)先導(dǎo)。此過(guò)程時(shí)間約20ms。幾個(gè)參數(shù)：每級(jí)通道變化范圍約3~200m平均速度約1.5~107cm/s間隙時(shí)間約30~125us每一級(jí)的推進(jìn)速度約5~109cm/s通道直徑約1~10m每一級(jí)的擊穿方向是不確定的折線雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電（4）經(jīng)過(guò)多次擊穿，當(dāng)梯級(jí)先導(dǎo)的通道前端達(dá)到離地面很近（約10~20m）的距離時(shí)，向下擴(kuò)展的趨勢(shì)直接受地面物的影響，此時(shí)發(fā)生電擊穿，會(huì)形成由地面物沖出一段明亮無(wú)比的光柱（閃電），沿著導(dǎo)電通道沖向積雨云完成一次回?fù)舴烹姡ǚQ(chēng)主放電）。同時(shí)溫度陡升，空氣驟脹，形成爆炸波，即雷聲。幾個(gè)參數(shù)：回?fù)綦娏骺蛇_(dá)10kA?；?fù)羲俣燃s2×109~2×1010cm/s回?fù)敉ǖ乐睆郊s0.1~0.23cm回?fù)敉ǖ罍囟瓤蛇_(dá)100000C回?fù)魰r(shí)間約60us梯級(jí)先導(dǎo)雷電放電和大氣過(guò)電壓閃電（5）由梯級(jí)先導(dǎo)到回?fù)敉甑亻W的第一次放電閃擊，約過(guò)幾十毫秒還會(huì)出現(xiàn)第二次放電閃擊。此過(guò)程，先導(dǎo)是沿舊導(dǎo)電通道，稱(chēng)“直竄先導(dǎo)”或“箭式先導(dǎo)”。平均速度約2×108cm/s。根據(jù)積雨云電荷量的多少，可能會(huì)有多次回?fù)?，直到積雨云中的電荷消耗盡為止。閃電雷（雨）云雷云放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)雷電放電形式及危害01雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)雷暴日和雷暴小時(shí)用來(lái)表征不同地區(qū)雷電活動(dòng)的頻繁程度。1、雷暴日指一年中有雷電放電的平均天數(shù)。不足15天為少雷區(qū)；超過(guò)40天為多雷區(qū)，大于90天為強(qiáng)雷區(qū)。2、雷暴與地球表面緯度的關(guān)系緯度愈低雷暴天數(shù)愈多。赤道地帶100~150天，熱帶75~100天，中緯度地帶50~80天，兩極地區(qū)僅有幾天。3、我國(guó)雷暴日分布長(zhǎng)江以北15~40天，以南40天以上；西北15天以下，海南及雷州半島高達(dá)100~133天。雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)中國(guó)各主要城市雷暴天數(shù)地名平均全年日期最早初日(日/月)最晚終日(日/月)?？?04.31/130/12上海32.214/210/10重慶40.114/21/12拉薩75.49/33/11武漢26.711/120/12北京36.730/33/11呼和浩特29.520/324/10哈爾濱28.920/410/10雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)4、雷暴小時(shí)以一小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)一次以上的雷擊為統(tǒng)計(jì)單位，表征不同地區(qū)每個(gè)雷暴日雷電活動(dòng)持續(xù)時(shí)間的差別。地面落雷密度1、定義：每年每平方公里受雷擊的次數(shù)。2、經(jīng)驗(yàn)公式：Ta表示平均雷暴日數(shù)。雷電流的極性和波形1、雷電放電形式（1）脈沖放電：1~2us達(dá)到10~20KA的峰值100~1000us下降到峰值的一半雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)

雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)（2）波頭：指雷電的脈沖電流上升到幅值的時(shí)間（圖中t1）。一般在1~5us，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1.2us。（3）波長(zhǎng)：指雷電的脈沖電流持續(xù)到波形曲線衰減到半幅值所需要的時(shí)間（圖中t2）。一般在20~100us，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為50us。單極性雷電流脈沖波形可計(jì)為t1/t2

，例1.2/50us。（4）陡度：雷電流隨時(shí)間上升的變化率。用幅值和波頭來(lái)表示雷電流的平均陡度。例：a=Im/1.2（KA/us）閃電雷（雨）云雷云放電和大氣過(guò)電壓雷電單位基本參數(shù)雷電放電形式及危害01雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電放電形式及危害直接雷擊1、直接雷指雷云直接通過(guò)人體、建筑物或設(shè)備等對(duì)地所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象。產(chǎn)生的高溫可達(dá)到某些物體的燃點(diǎn)或熔點(diǎn)，強(qiáng)大的沖擊波可使建筑物或設(shè)備毀壞。2、直接雷危害簡(jiǎn)析產(chǎn)生熱量R為雷電流通道電阻溫升m為雷電流通道中物體的質(zhì)量，c為比熱容。雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電放電形式及危害①如果雷電流通過(guò)金屬體的截面不夠大，溫升可達(dá)到熔點(diǎn)，將金屬體熔化。②由于瞬間產(chǎn)生大熱量，致使物體內(nèi)部的水分大量變成蒸汽，并形式膨脹產(chǎn)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波。（2）雷電產(chǎn)生的次聲波雷雨云迅速放電而突然收縮會(huì)產(chǎn)生0.1~10Hz的次聲波，對(duì)人、畜有傷害作用。（3）雷電流的電動(dòng)力效應(yīng)①由安培定律兩根平行導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的相互作用力如雷電流i1、i2=100KA，d=50cm，則F=408（kg/m）。此力可能造成導(dǎo)線折斷。i2i1d雷電放電和大氣過(guò)電壓雷電放電形式及危害②一根彎曲的導(dǎo)線（或金屬結(jié)構(gòu)）在成角處受力最大，雷電流在成角處的電動(dòng)沖力可能造成導(dǎo)線折斷。此力與角度有關(guān)，銳角受力大，鈍角受力小。所以引下線采用鈍角的拐彎。感應(yīng)雷擊1、靜電感應(yīng)：指云中放電使云中電荷突然消失，導(dǎo)致地面物體靜電感應(yīng)的電荷產(chǎn)生很高的電壓，引起放電，但比直接雷電流小，相應(yīng)破壞程度小于直接雷。2、電磁感應(yīng)：指直接雷擊電流在閃電通道周?chē)臻g產(chǎn)