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防雷技术与科学课程知识要点第一章 闪电知识1. 闪电尺度、类型（PPT第一章P3、P10）（教材P1、P3）闪电尺度：闪电是长度大于1 km的超长电火花，是一种自然现象，大多数闪电发生在夏季雷暴中，典型的长度为510 km，最长的可达100 km。沙尘电弧放电：呈涡旋运动的沙漠沙尘暴中，会产生几米长的火花，通常，不把这种短距离电火花称为闪电。闪电类型闪电可以分为两类，一类是云内电荷区和地面之间的放电，称为云地闪电(以下简称地闪)；另一类是闪电通道不到达地面的放电，后者称作“云闪”，云闪占闪电总数的绝大部分。完全发生在单个云(或单体)中的云内的闪电被称为云内闪电(最常见闪电)；发生在云和云之间的云闪被称为云际闪电(也很常见，但是比云内闪电少)；云和周围空气之间的放电被称为云空闪电。2. 孤立、成熟的雷暴云中电荷分布特点（PPT第一章P8）（教材P2）孤立、成熟的雷暴云的主电荷结构是由其顶部数十库伦的正电荷和底部电荷量与正电荷区相当的负电荷组成。在典型的雷暴云中，发现在主负电荷下方有时也存在一个小的正电荷区，位于大约0的高度以下。3. 云和地之间的闪电类型（PPT第一章P11、P12）（教材P3）发生在云和地之间的闪电有四种类型，它们之间的区别主要在于起始区域的电荷极性以及起始过程传播方向。大约90的地闪由起始于负电荷区并向下传播的先导引起（下行负先导 ），这种闪电将雷暴云中部的主负电荷区中的负电荷向地面输送。大约10的地闪由起始于正电荷区并向下传播的先导引起（下行正先导 ），这种闪电将雷暴云上部或下部的正电荷区中的正电荷向地面输送。 其余两种地闪(实际上是地对云的放电)类型很少见，它们通常起始于山顶、高塔或者其它高的目标物并向上传输，通常进入雷暴云中的某一个电荷区。4. 陆地上空闪电发生原因（PPT第一章P14）（教材）在地球上，大多数的闪电发生在陆地上空，这是因为雷暴电荷产生和分离过程需要的初始条件是潮湿的热空气，而太阳辐射导致的陆地加热是产生热空气的最主要的原因。通常，局地大气越热越潮湿，雷暴和闪电就越多。此外，空气温度随高度降低也有助于暖湿空气的有效抬升。5. 全球平均闪电密度（PPT第一章P14）（教材P4、P5）全球每秒钟共发生100次云闪和地闪(各种估算的一个合理的上限值)，平均闪电密度(一个给定区域每年的云闪和地闪数总和)大约是每年每平方千米6次或每年每平方英里16次。陆地上空的闪电密度远远大于6次km-2a-1。 6. 下行负极性梯级先导过程（PPT第一章P20、P21、P22）（教材P6）负电荷移向大地的物理机制是一种被称为“梯级先导”的放电现象。 地闪中梯级先导的移动并不是连续的，而是以大约50 m长的不连续的发光段的形式向下移动，然后停下来，继而再向下移动大约50 m。先导每次增加的长度称为一个梯级。在由云内向下延伸的亮度较暗的先导通道中，发光的梯级顶部是暗淡的。每个发光的梯级先导持续时间为1s。当梯级先导离地面很远时，两个发光的梯级之间的时间间隔为50s，而当梯级接近地面时，时间间隔会缩短到差不多10s左右。 一个典型的梯级先导接近地面时，在其整个长度中约分布有5 C的负电荷，为了使先导通道内的这些电荷变得稳定，整个先导过程必须持续存在平均强度为100200A的电流。先导内流动的脉冲电流峰值可达1000A。每个梯级先导会产生一个由可见光、射频能量和X射线组成的脉冲。7. 单闪击闪电（PPT第一章P29）（教材） 闪电信道中的亮度和电流沿通道持续向上传播并且以光速的13到12沿先导信道的分支向外(向下)传播，这一过程称为首次回击。 在首次回击电流停止流动之后，闪电也许会停止，这种放电叫做单闪击闪电。8. 后续闪击（PPT第一章P29）（教材）当前一次闪击电流停止后100 ms内，之前闪电通道的上部仍有额外的负电荷存在时，第一次闪击之后的闪击(称为“后续闪击”)才会被激发。当有额外的电荷存在时，一个称为“箭式先导”的连续传播的先导(与梯级先导相对)，会沿着之前的回击通道向下移动，然后又一次沿着闪电通道将负电荷从负电荷区泄放。 9. 正极性梯级先导和负极性梯级先导回击的峰值电流（PPT第一章P34）（教材）正极性梯级先导的梯级没有负极性梯级先导的梯级那么明显。在地面测量到的最大的正极性回击电流峰值比最大的负极性回击电流峰值大得多。最大正极性的回击电流峰值可以超过300 kA，而最大负极性的回击电流峰值却很少超过100 kA。然而，典型的正极性峰值电流与典型的负极性电流峰值差不多，约30 kA。10. 电子系统的防护方式（PPT第一章P39）（教材P12）电子系统的防护通过三种方式实现，第一种是屏蔽电磁场，第二种是滤除由闪电产生的有害的高频电流和电压，第三种是使用浪涌抑制设备(通常称为电涌保护器或SPD)，例如火花放电隙和金属氧化物变阻器(MOV) 。架空和埋地的输电线及通信线缆也可以通过安装SPD(通常称为避雷器，一般以MOV类型居多)来防止由过电压侵害造成的雷击闪络和失灵。 11. 小型建筑物截收面积（PPT第一章P41）（教材P13）N = Ng(s+4h)212. 影响住宅是否需要雷电防护因素（PPT第一章P42）（教材）(1) 建筑物或其电力和电信设施遭到雷击的可能性； (2) 当雷电击中建筑物时，对于其内部的电子设备和居住者所造成的潜在危害。第二章 雷电损害1. 雷电击中架电力线路危害？（PPT第二章P3、P4、P5、P6）（教材）架空高压电力线路暴露在大自然环境中，每逢天气骤变、风云突起，遭受雷击危害既属必然又有偶然的现象。以当前电力线路可能具备的防御条件，对应雷电活动的随机性，要想完全免遭其害是不现实的。雷击造成供电系统大范围停电；雷击是发电机组运行过程中遇到的自然灾害,是造成停机的原因之一。雷电可使架空电力电缆连接变压器烧损，户内外氧化锌避雷器、户外式高压隔离开关、户内外式高压瓷套管、配电箱及箱内的电度表和漏电断路器短路烧损。雷击造成用户用电设施遭雷击损坏。2. 雷电袭击对人体造成的伤害特点？（PPT第二章P9、P10）（教材）直接雷击：雷闪直接击中受害者，爱害者身体上通过全部雷电电流，而且最大可能是雷电流从头部输入，经躯干，由脚底进入大地。这种情况是受害者受害最严重的情况。直接雷击后爱害者有短暂昏迷，呼吸和心脏跳动未发生停止，所以不应放弃或停止抢救。接触雷击：往往使受害者短时麻痹，有时也会昏迷甚至死亡，但总的来讲，它比直接雷击受害要轻。接触雷击发生的几率比直接雷击高得多。旁侧闪络：由于被雷击物带高电位，而向它附近的人闪击放电。有时由于较远的地方的物体受雷击，能过金属线直接把高电位输送，或感应产生高电位以致发生旁侧闪络造成人员伤亡。跨步电压：当雷电流流入大地的时候，由于土壤散流电阻的存在，使地表面电位分布，习惯称这为喇叭形电位分布曲线。在这喇叭形曲线上任两点间存在电位差，显然这电位差与电流强度、土壤电阻率分布、跨步长短有关，同样的土壤情况下，电流强度越大，步长越大，跨步电压越高。当人或动物站在喇叭形电位分布的地面时，两脚间的电位差大到一定时，便足以使人受到电击甚至死亡。如果在原野上遇到雷暴，又实在无法躲避时，蹲下来两脚缩在一点，比跨大步走会安全些。 3. 雷击建筑物起火原因（PPT第二章P18、P11、P12）（教材） 雷电击中物体所造成的损害主要决定于两个因素：闪击的特征、更重要的是物体的特征，尤其取决于该物体是否导电以及散热能力。四种雷电流的波形特征与大多数雷害相关。 (1) 峰值电流；(2) 雷电流随时间变化的最大比率；(3) 雷电流随时间转移的电荷量 (4) 电流平方的时间积分。当雷电流打在了一个绝缘体上，绝缘体就会通过发热来减小雷电流对其造成的影响。房顶部房间遭受雷击引发房屋木椽子着火，局部房顶被烧塌，雷击造成电线短路也会引发重大火灾。4. 雷击造成森林火灾原因？（PPT第二章P13、P14）（教材）雷击引起森林火灾的原因主要是雷暴，特别是干雷暴，降水少、地面增温、相对湿度减少、可燃物干燥，一旦发生雷击，就很容易着火并蔓延成灾。干雷暴是一种的特殊天气情况，是由于天气炎热干燥，上层空气的云层遇到冷空气，降雨。但是雨还没落到地面，由于下层地表高温，雨马上被蒸发变为潮湿的热空气再次上升到空中。由于下雨时会有雷电产生，并伴有大风！极易引起森林大火。在暖而干燥的天气条件下，降水却不能到达地面，或者只有少部分雨水到达地面，而雨量太小不能熄灭火源，这时由于雷击引发的火源就会蔓延成灾。在降水量较少的夏季，森林更容易因雷击起火而使火灾蔓延更加迅速。 5. 雷击导体与雷击绝缘体有何不同？（PPT第二章P18）（教材P19）一个足够大的导体可以通过一次完整的雷电流，而导体本身温度不会明显升高。当雷电流打在了一个绝缘体上，绝缘体就会通过发热来减小雷电流对其造成的影响。6. 四种雷电流的波形特征：（PPT第二章P18）（教材P20）(1) 峰值电流；峰值电压Vp的值等于R和峰值电流Ip的乘积。(2) 雷电流随时间变化的最大比率；(3) 由完整的计算过程得出雷电流随时间转移的电荷量(等于雷电流和时间曲线下的面积或平均电流与雷电流流经的时间的乘积)；(4) 电流平方的时间积分，即所谓的“作用量积分”或“特征能量”(也等于平均电流的平方乘以电流通过的时间)。现在我们简略地研究这四种波形的特征参量以及与它们相关的损害类型。 7. 雷电流的作用积分 （PPT第二章P33（教材P26）雷电流流经阻抗性材料时的加热和融化以及流经导电能力差的绝缘材料时的爆炸，作为一级近似，它们与作用积分值(也称为比能量)有关。 即，焦耳功率耗散的时间积分。第三章 雷电防护一般方法 1. 法拉第笼作用？（PPT第三章P3、P6）（教材P30）一个有孔或有缝隙的金属封闭结构内，我们可以对雷电引起的电磁场进行比较完善的防护。我们称这个封闭的导体结构为法拉第笼。法拉第防护体也可由两层铜壁组成，在铜壁外采用木质材料进行隔离保护，在这个屏蔽空间内不会受到外部电磁噪声的影响。2. 建筑物上雷电流的分流？（PPT第三章P10）（教材P32）建筑物上的雷电流的分流，其作用主要是为了保护建筑本身，当然也可能是为了减少建筑内雷电引起的电流和磁场的大小。分流的作用应该和法拉第防护体的作用差不多。建筑物上的雷电流到达地面主要通过以下三部分组成：(A) 接闪装置，包括一些与屋顶相连的竖直向下的树枝、屋顶的水平线缆、一些超过屋顶的悬线缆，或一些金属屋顶，所有这些的目的在一定程度上都是一样的：拦截向下发展的梯级先导； (B)引下线：主要是将雷电流引流至接地极；(C)接地极：将雷电流最终流向大地。3. 避免屋顶避雷设施之间产生电势差，采取措施 ？（PPT第三章P12）（教材P33）为了避免屋顶避雷设施之间产生电势差，一般将屋顶各避雷带、网、针等进行等电位连接，一般是用导电材料焊接来连接各器件。当然用于连接的导体从某种意义上也成了接闪器。4. 目前雷电防护中常用的四种电压电流限制技术？（PPT第三章P15、P16、P17、P18、P19）（教材P33）四种电压电流限制技术有：(A)电压断路器；(B)电压控制；(C)交流过滤器和直流过滤器；(D)隔离器。(A)电压断路器用来限制保护线路上的有害电压，使其保持在正常工作电压下，并且使短路电流泄放到大地。(B)电压控制电压控制器的工作能量通常比断路器要低。电压控制和电压断路器都是电涌保护器，即SPD。(C)交流过滤器和直流过滤器断路器、控制器和过滤器相联系用来组成保护系统。(D)隔离器诸如感应隔离器和隔离变压器都能制止相关的大过境电流，隔离是通过提高了不需要过境信号的阻抗进而达到保护设备的作用的。5. 靠近海平面空气击穿强度？（PPT第三章P21）（教材P35）靠近海平面的位置，电场强度必须等于或大于3106Vm，在标准温度和大气压下，如此的电场强度将能产生放电击穿。6. 圆锥法保护范围确定？存在什么缺点？（PPT第三章P25、P26）（教材P39）避雷针或其它垂直导体提供的区域保护或保护体积时，大多数人认为是一个虚拟的圆锥，认为圆锥保护法的顶点即是接闪导体的尖端。圆锥保护法一般比较适用于保护较小的建筑、树或船。圆锥保护法考虑给定了角度的圆锥法防护技术本身，而忽视了雷电先导的物理机制和连接过程的研究。7. 滚球法保护范围确定？（PPT第三章P28、P29）（教材）在滚球法方法中，我们认为先导的尖端在以闪击距离为半径的球的中心位置。以地面为底，让球沿着建筑滚动，任何与球边界相接触的地方都可能被击中，而在圆球以外靠建筑物侧不与边相连的空间就是可能不会被雷电击中的区域，如图所示。在滚球法方法中，球应该与避雷针相接触，而不能与建筑物或建筑物上任何可以接闪的导体、金属构件接触。随着首次回击峰值电流的减小，滚球半径也应该相应的减小，这也使得一些非常小的峰值电流形成的滚球半径非常小，使得避雷针不能完全保护建筑。第四章 建筑防雷1. 避雷针的原理？（PPT第四章P5）（教材）避雷针的原理是利用尖端放电现象，让由地球大气层中雷云感应出的电荷及时地释放进入地球地面，将电荷减低及中和，避免其过分的积累而引发巨大的雷电击中事故，并保护被雷电击中的建筑物或设备。同时，在雷电发生时，避雷针还能吸引雷电的放电通道，让雷电电流从避雷针流入地球的土地里，避免巨大的电流对建筑、设备、树木造成破坏或者伤害偶然在地面之上走动的动物。2. 独立的防雷系统使用范围？（PPT第四章P12）（教材）对保护水平要求较高的设备和场所一般要求使用独立的防雷系统。由于可燃物的易燃性，爆炸性气体蒸气或爆炸性固体材料，或者附近闪电的电场和磁场可能产生会进入敏感电子系统的有害的感应过电压波. 在这种情况下，都不允许在被保护场所附近由闪电通道本身或者由附近闪电产生感应火花。 3. IEC使用滚球半径与峰值电流之间的关系式？（PPT第四章P18）（教材P52）在IEC 623051：2006中，取A10和b0.65计算。4. IEC标准中，固体金属屋顶接闪器厚度要求？（PPT第四章P15）（教材P49）IEC 62305 3：2006明确规定钢材质的厚度为4 mm，铜材质的为5 mm，铝材质的为7 mm)，从而避免闪击点处的金属板被击穿而造成的麻烦。5. 为什么多根引下线采用对称布置？（PPT第四章P21）（教材P54）防雷系统中的接闪器应以最短的路径与引下线连接，并且应尽可能多地与接地系统相连。采用多根引下线的对称布置：(1)将整个引下线系统的感应电压降到最低，减小在不同高度和电压处与引下线系统相连的物体及设备之间对人体有害的电位差；(2)磁场随时间变化而产生的过电压，是电子设备的潜在危害源，将引下线中的雷电流在被保护建筑物内部产生的磁场降到最低。 即使是规模较小的建筑，也应至少要有两根引下线，并应对称地安装在建筑物上。 6. 接闪器导体和引下线采用镀锌钢材时最小截面积要求 ？（PPT第四章P22）（教材P55表4.3）IEC 623051，3：2006接闪器导体、接闪器杆和引下线采用热镀锌钢镀层50m的镀锌圆钢根据其结构情况最小截面积要求为：带状结构接闪器导体：最小截面50mm2；最小厚度2.5 mm；圆钢接闪器导体：最小截面50mm2；8 mm直径；多股绞合钢丝引下线：最小截面50mm2；每股的最小直径1.7mm；圆钢引下线：最小截面200mm2；最小直径16 mm；7. 引下线布线要求？（PPT第四章P25）（教材P54）尽量避免一些闭合环路与引下线靠得太近，因为在环路上感应出的电压也许会在其它线缆和环路之间距离最小的地方产生电弧放电(电弧有可能会引燃一些易燃材料)。引下线应总是笔直地经过建筑物上大型的突出物，而并非在它们周围绕一圈。与引下线距离不足5 m的大型金属物，为了降低发生旁侧闪击的可能性，应将其与引下线连接。 8. 闪击距离为5 m的引下线潜在旁侧闪击因素？（PPT第四章P29）（教材P56）(1)如接地电阻小于25时，也许就会自然地产生与穿透空气而发生的旁侧闪络相类似的，在大地表面电弧放电现象；(2)如有多根相互平行的引下线，则可以减小总的电感(两根引下线电感为单根引下线电感的一半；4根引下线的电感，则仅为单跟引下线电感的四分之一)；(3)如果被计算点的高度小于2 m并且最大电流为典型值30 kA而不是上述计算中所用的100 kA(尽管在防雷设计时应当考虑到这类极端的情况)并且电导相当低。另一方面，接地电阻可能会比假设的要高得多，并且击穿场强值总是依据击穿间隙的实际几何外形而定，所以就算是5 m以上的旁侧闪击原则上也是可能发生的。 第五章 建筑防雷接地1. 接地？（PPT第五章P3）（教材）接地为防止触电或保护设备的安全，把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线;利用大地作电流回路接地线。接地是为保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施。接地通过金属导线与接地装置连接来实现。2. 防雷保护系统上的电压抬升时，为了消除旁侧闪击威胁应采取哪些措施？（PPT第五章P5）（教材P59）防雷保护系统上的电压抬升导致从地面上系统到任何隔离(或地面上有一定距离)的传导体(金属或人)的旁侧闪击 。为了消除这种旁侧闪击以及对保护系统附近孤立体的危害，应该将邻近的金属物体联结(等电位连接)至雷电保护系统的传导体上。3. 建筑物的环形埋地电极做法？（PPT第五章P8）（教材P59）包围被保护建筑物的环形埋地电极(也称为地网)，这种接地电极相对于接地棒很少使用，但它可以提供更低的接地电阻。在建筑物下埋设金属网(或者网格和地网相联结)，为一个典型的建筑物提供了最佳的接地方案。环形电极应被放置在离被保护建筑物的12 m距离，最好放置在屋顶的雨水流下时流过地面的地方，这样可以湿润埋线周围的土壤，而且地网应埋设得越深越实用。4. 建筑物的环形电极相对于接地棒的优点？（PPT第五章P10）（教材P59、 P60）环形电极相对于接地棒的优点在于根据静电学原理利用环形接法(假设没有很大的感应电位差产生)趋向于使所有接地网内连接点的电位平衡，表明如果静电势(电压值)在闭合表面所有点都相等，那么电势在缺乏表面电荷的情况下，表面拥有同样的数值(这个规则只适用于三维闭合表面，但二维环中的恒定电势提供了一个更接近于环形平面的情况)，因此，当环形接地电极被用于接地的时候，要获得低的接地电阻值并不是关键。即使在电位差值最小同时内部旁侧闪击可能性最小的时候。如果两个或多个接地棒被用于保护建筑物，像往常一样，独立棒应用裸露的埋地线进行电气相互连接，本质上 是环形电极的一部分，或者优化成一个完整的环形电网。 5. 接地电阻？（PPT第五章P16、P24）（教材）一般指接地体上的工频交流或直流电压与通过接地体而流入地下的电流之比。散泄雷电冲击电流时的接地电阻指电压峰值与电流峰值之比，称为冲击接地电阻。接地电阻主要取决于固定土壤电阻率条件下的接地棒长度(棒越长，电阻越低)以及固定棒长度条件下的土壤电阻率(区域电阻率越低，电阻越低)。6. 雷电流作用下的接地系统？（PPT第五章P27）（教材）在（雷电流作用下）接地系统的起始位置看起来像是一根传输线，有波阻抗的特征(起始位置的电流电压比)直到从远程发生首次反射回起始点，这样一个在多次连续反射后的延伸接地系统可以被看作为一个简单的电路系统，它拥有电感，电容和电阻。更进一步来说，对于高的雷电流，土壤将遭受电场击穿，也就是说，土壤的连接点将不再遵循奥姆定律，因此接地电阻将成为一个非线性电流幅值的函数。7. 接地电阻的测试方法 ？（PPT第五章P32）（教材）两极法 通常应用于有金属自来水管道系统，且管道接头无绝缘的建筑物防雷接地电阻的测定。由于此法对于接地电阻较低的接地系统，误差较大，但对仅需进行粗略测试的场所，两点法比较实用。 三极法 采用的工具是接地摇表，在需测量的地方先要打入一根接地棒，入地约有1米。棒上接电线，另一根电线接在被测物体上；两根线的末端接在接地摇表的两个端子上，然后用手摇动摇表的手柄，在摇表表面上的读数就是接地电阻。放线长短不要太长即可。大地网测试在土壤电阻率较均匀的地区，电流极到地网的距离取2D，电压极到地网的距离可取D。在土壤电阻率不均匀的地区，电流极到地网的距离应取3D，电压极到地网的距离应取1.7D。取d12 =d13=2D,夹角=28.9530 ，此时测得的电阻误差接近零，越大误差也越大，=180 时误差最大。 8. 三级法测试电极的布置 ？（PPT第五章P34）（教材）AViCPEG采用的工具是接地摇表，在需测量的地方先要打入一根接地棒，入地约有1米。棒上接电线，另一根电线接在被测物体上；两根线的末端接在接地摇表的两个端子上，然后用手摇动摇表的手柄，在摇表表面上的读数就是接地电阻。放线长短不要太长即可。 第六章 低压电气系统1. 电涌保护器(SPDs) （PPT第六章P3）（教材P69）作用机理是限制雷电发生瞬间感应产生的高电压，并把浪涌电流泄放掉，以实现保护电力或电子设备不被损坏的目的。 也是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电气设备。并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其它电气设备免遭击穿损坏。2. 图中阻抗模块Z1 、泄流模块Z2各自要求 ？（PPT第五章P3）（教材P69）电路电阻被看做是一个电阻模块在图中用Z1表示，分流电路电阻在图中用Z2表示，用于分流不希望要的瞬态干扰。 Z1可以是一个电阻器，或者是一个线圈(当瞬态干扰的频率超过信号频率值时)，或者看成是一个电容器(当瞬态干扰的频率低于信号频率值时)，Z2通常情况下是SPD，或者是一种电路，与Z1一起组成一种高通或低通滤波器。在正常的工作条件下(没有瞬态干扰)， Z1 应该可以看成是一个小电路，或者是一个低阻抗被保护电路(其阻抗小到可以忽略不计)，对应于被保护电路而言，Z2应该可以看做是一个并联在电路中呈开路或者高电阻状态(电路正常工作状态下，对电路没有影响)。 如果是在不正常的操作情况下，过电压保护设备会造成信号的失真。把SPD并联在电路Z2的位置上，可以视为在那里安装一个电容器的效果，在高频的时候表现为一个低电阻(电容的阻抗与工作频率成反比列关系)，这会减小正常信号的振幅并引起失真。 3. 101000s波形的雷电流波形特征？（PPT第六章P9）（教材P70）预期最严重的情况下，雷电击中暴露在外面的电话在线产生过电压的过程中，在开始的10s内达到最大伏特值，并在随后的1000s内减小到最大伏特值一半。这种类型的瞬时冲击叫做101000s波形的雷电流。然而这种波形不是雷电流的典型波形，而是为了测试信息系统的雷电防护效果，综合了各种最坏的情况而形成的一种特殊波形。 4. 建筑内低压供电线路雷电防护专用电流波形特征、用途 ？（PPT第六章P12）（教材P71）分用于建筑物内低压供电线路雷电防护设计的专用电流波形是820s以及1.250s电压波形(也用于高压输配电线路的雷电防护)。电流波形820s以及1.250s电压波形主要用于近似表述首次回击直接效应，尤其是表述闪电发生期间的干扰瞬态最大幅值。5. SPD基本要求？（PPT第六章P13）（教材P71）每一个SPD都有不同的最大连续运行电压，在此电压下不会失效。面对全部瞬态干扰功率和能量下不会失效，面对峰值电流不会失效，并且当一定幅值和波形的电流施加在电涌保护器的的端子上时产生的峰值电压不会使SPD失效。同时，为了使SPD能够发挥出预计的保护效果，它必须满足两个基本性能要求。 6. 急剧短路型装置（电压开关型SPD ）？（PPT第六章P13）（教材P71）在无电涌时呈高阻态，但对电涌回应时，其阻抗突变为低阻值的一种SPD。开关型SPD的常用器件有：火花间隙、气体放电管等。 当SPD急剧短路装置两端的瞬时过电压值足够大时，就会产生一个内部电击穿，以使受控设备的电压降低到可承受范围之内，一般为几伏。 急剧保护装置包括空气火花间隙(两个控制电极之间充满空气)，气体放电管(两个金属电极之间充满惰性气体)。固体过电压装置有半导体晶闸管，可控硅整流器和三段双向可控硅开关组件。7. 火花间隙保护优势和劣势？（PPT第六章P13）（教材P72）火花间隙有两大优势： (1)在不需改变其响应模式的情形下，它们能控制大电流，几十微秒内通过几十千安。 (2)它们有最小电容，约1 PF，在无线电频率范围为50 MHz的电路中，该类SPD将不影响电路的特性。火花间隙的缺点: 响应时间慢(电子击穿，从辉光区域到弧光区域)。如果瞬时过电压过去后电流继续存在于弧光状态，将很难熄弧。 启动电压很高，工作电压又很低(既是缺点又是优点)。8. 限压型SPD ？（PPT第六章P20）（教材P72）在无电涌时呈高阻态，但随着电涌的增大，其阻抗不断降低的一种SPD。限压型SPD的常用器件有压敏电阻器、瞬态抑制二级管等。9. 滤波目的？（PPT第六章P24）（教材P74）电子滤波器都可以用来吸收和屏蔽掉没用的干扰信号。一般的滤波器滤掉某个频段的噪音。在交流电源电路保护装置中，所有在几百赫兹以上的频率将被滤掉，只通过几百赫兹以下的频率，有效阻止了频率在103106Hz范围内的雷电流频率，而通过50或60Hz的信号没有影响。简单的滤波器可以用一系列电感(Z1)和旁路电容(Z2)组成。此类过滤器可能会被瞬时信号所损坏，所以它们一般和限压型或者电压开关型SPD配合使用。第八章 雷电定位1. 声光差雷电定位方法？（PPT第八章P3）（教材P95）计算看到闪电与听到雷声的时间间隔。声音每秒传播大约五分之一英里(约三分之一千米)，光从闪电处传到观测者的位置仅需很短时间，光速为186000英里每秒(300000 kms)，所以在闪电发生的位置和观测者所在的位置之间的距离上，声光差大约是5秒每英里(约3 skm)。2. 确保安全的30-30规则？（PPT第八章P4）（教材P95）第一个30：第一次听到雷声距离雷电发生的时间为30秒时寻找安全的地方躲避，声光差30秒说明雷电大约在6英里(约10 km)远的地方； 第二个30：后续的雷声无论从多远的地方传来，都要在安全地点等待30分钟(典型雷暴的持续时间)。3. 场磨式电场仪工作原理？（PPT第八章P13）（教材P97）通过一个位于电场天线上部的接地的金属盘的机械旋转，电场天线(图中的金属钉)就会交替地被覆盖和被暴露(称为屏蔽和退屏蔽)，因此，到达天线附近的云的静电场(在天线表面感应出电荷)从最大到零呈周期性变化。通过金属钉的屏蔽和退屏蔽，云的电场从直流信号转变为随时间变化的信号。 电子设备将处理时变信号(由于金属钉上感应的电荷随时间变化，所以有电流流过电阻器R)，与处理一个静止电信号相比，这要简单得多。由于天线被机械地屏蔽和退屏蔽需要一定的时间，因此场磨式电场仪的时间分辨率通常被限制在几分之一秒，最好的能达到ms量级。 4. 大气电场仪主要组成？（PPT第八章P3）（教材）大气电场仪主要由电场探测探头、电场数据处理机、中心数据处理机、客户端数据显示与分析软件等组成。5. 南北向环形天线如何确定雷电方位 ？（PPT第八章P20、P21、P22）（教材P98）两个分别沿南北和东西方向放置、垂直正交的环形天线可用来确定垂直电流源的方向。对于垂直雷电流，会形成以电流为轴心的同心圆的环形磁场。南北向环形天线接收到的信号随着电流源与北的夹角的余弦而变化，同理，东西向环形天线接收到的信号随着的正弦而变化。所以，东西方向接收到的信号与南北方向接收到的信号的比值与的正切成正比，因此，只要雷电流是垂直的，那么电流源的方向(角度)就可以通过两个正交环形天线上所测量到的电压比值得到。6. 窄带磁定向仪主要的缺陷？（PPT第八章P23、P26）（教材P98、P99）在20世纪20年代，发展交叉环闪电磁定向仪，利用两个频率为10 kHz左右(接近于地闪回击阶段产生的主要的电磁辐射频率)的互相垂直的环形天线。这种仪器被称为窄带磁定向仪。窄带磁定向仪主要的缺陷是，当闪电发生的距离小于200 km时，测向误差可能达到10度，产生如此大的方向误差的原因是闪电通道的非垂直部分，包括分支以及云内信道，而被电离层反射的磁场信号，即天波，也会导致探测出不正确的闪击点。一般来说，闪电距离超出200 km以后，极化误差和测向误差都将减小 。7. 时间到达法需要几个测站数据？（PPT第八章P31、P32）（教材P102）要得到一个精确的闪电位置，一般需要对四个探测仪(三个时间差)的输出结果进行计算。因为闪电发生在接收站群之外的区域时，那么两个时差会使得得到的两条双曲线有两个交点，一个为真实闪电位置，另一个则是伪解。对于发生在接收站群范围内的闪电，三个探测仪足以确定一个击地点的位置，因为两条常数分别为t2-t1及t3-t2的双曲线仅相交于一点。 对于发生在接收站群范围内的闪电，三个探测仪足以确定一个击地点的位置，因为两条常数分别为t2-t1及t3-t2的双曲线仅相交于一点。三个探测仪接收到电磁波，在非双解区域，采用时差法，在双解区域，先采用时差法得出双解，然后利用测向法去除假解。8. 卫星的探测器的重要仪器是什么？（PPT第八章P33）（教材P103）搭载于地球静止轨道卫星的闪电成像仪，这种探测器是一个CCD(电荷耦合摄像器件)光学数组，具有能探测由闪电引起的瞬时发光(甚至在白天也可以)的电子器件 。9. 利用来自轨道卫星的数据主要用途？（PPT第八章P34）（教材P104）利用来自轨道卫星的数据可以估算局部和全球范围的闪电密度。研究表明，闪电定位系统的数据能够较可靠地反映雷暴过程的发展趋势，不同类型风暴的天气过程的闪电特征不同，同一次风暴过程的不同阶段的闪电特征也不同，但这些认识还处于现象学阶段。要发展可用于业务的诊断和预报技术，还要进一步深化对机理的认识，在原有的闪电资料的得基础上，针对不同地区强对流活动的特点，建立可靠的诊断指标和预报方法。 第九章 飞艇、飞机和运载火箭1、飞机主要的雷电防护依靠什么？（PPT第九章P2）（教材P108）金属外壳的现代飞机可以被视为法拉第笼和拓扑屏蔽系统的外表面，因此，金属表皮对飞机提供了主要的雷电防护。在一般情况下，当雷电击中一架金属飞机时，雷电流沿着飞机的金属表面在进出点之间流过。如果飞机表皮的屏蔽是完好的，则飞机内部的电子设备和机翼中的燃料将不会有危险。2、雷电造成飞机主要的损坏有哪些？（PPT第九章P2、P5）（教材P108）在飞机的金属壳上有诸如窗户的开口(缝隙)，也有从绝缘部位伸出的天线，这些都可以成为闪电电磁场的侵入点。由于飞机的铝制表面厚度并不足以承受强的直击雷，所以比较容易被击穿，以致造成严重的事故 。雷电经常会损坏飞机内部的电子设备，偶尔，雷电会击穿飞机的表皮引起燃烧，点燃燃料、释放液压机液体。大多数击中正在飞行的飞机的闪电放电起始于飞机自身，如果飞机不出现在那里的话，那里就不会发生闪电。 3、四个主要的研究计划让飞机有意地飞入雷暴中去遭受雷击主要研究内容是什么？（PPT第九章P12、P13、P14）（教材P109）有四个主要的研究计划让飞机有意地飞入雷暴中去遭受雷击，用于这些研究的飞机有： (1) F一100F用于研究佛罗里达州的雷暴，它穿过雷暴云观测气流扰动，获取闪电照片、冲击波和电流记录数据。 (2) F-106B，它是1980 1986年的NASA风暴灾害研究计划所用的飞机。飞机表面的电磁场和流过机身的雷电流的特征都被进行了统计。 (3)计划实施于1984、1995和1987年。CV-580用于观测详细的电场、磁场和雷电流。 (4) 1984和1988年实施的法国空中客车研究计划所用的飞机。大部分研究计划是1988年在法国南部进行的。C-160主要通过高速摄像机研究飞机上闪电发生的起始过程。 4、飞行中的飞机雷电闪击放电特征是什么？（PPT第九章P16、P17、P18、P19）（教材P110）飞机往往会触发袭击自身的闪电。在环境电场中，与飞机的某个端点(机翼尖部、机头、机尾)将触发一个沿着电场方向的荷正电的先导，该端点处的环境电场会因为此处导体的曲率半径较小而被充分地增强，从而始发闪电 。随后，负先导被触发后，可能与负的梯级先导相关的峰值接近1000A的脉冲电流是几毫秒期间的主要特征。 最后，通过飞机的观测电流通常是由一个稳恒分量和多个脉冲组成，它可能类似于自然界中的云闪。大部分飞机触发的闪电可能与自然界中的云闪相类似。极少数飞机触发的或用其它方法触发的闪电属于地闪，当飞机或其它触发闪电的物体越接近地面时，这种可能性就越大。显然，假如一架飞机在很低的高度触发闪电，比如刚起飞不久，那么这样的飞机触发的是地闪。第十一章 树 木1、树木与建筑物的雷电防护措施不相同之处?雷电流不能流经树木的主要根系，因为流经树木主要根系的雷电流可导致树根的损害，这对树木而言是致命的。因此，将雷电流泄放到大地的最好途径是将主要接地极、接地棒和水平埋地线缆置于重要根系较少的分支的外边沿附近。2、树木雷电防护的三个主要原因？ 第一，避免击中树木的雷电对建筑物(树木的接地极与建筑物防护系统相连接)产生侧击雷而造成破坏； 第二，避免雷电击中树木后导致的火灾可能蔓延至建筑物； 第三，避免由于树木中水汽过热导致树木断裂的爆炸和潜在性破坏。 3、典型树木雷电防护组成？防护系统由固定在树上的金属导线或金属带组成，这些金属导线或金属带从良好的接地体开始，向上沿着树干一直延伸到树顶，并沿主要枝干一直延伸到其末梢，金属导线或金属带充当引下线，引下线的顶部可充当固定在此的接闪器或