防雷知识讲座(压缩)

1、雷电安全知识讲座雷电安全知识讲座 天津市滨海新区防雷中心天津市滨海新区防雷中心 2011年年4月月15日日 联系电话联系电话通过长期考察： 大气中总是含有大量气体正、负离子，大 气具有微弱导电性。这些带电粒子的生成、运 动和不同带电离子的分离、聚集使大气显电性， 产生大气电场、电流，导致大中雷电的产生。 实际测量表明： 各地地面大气电场强度是因时、因地而异， 由此可知，大气电场不唯一决定于地球带电， 还与空间电荷分布有关。 雷击过程雷击过程 当天空中有雷雨云的时候，因雷雨云带有大量的电荷，当天空中有雷雨云的时候，因雷雨云带有大量的电荷， 由于静电感应的作用，雷雨云下方

2、的地面和地面上的物体都由于静电感应的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物体都 带上了与雷雨云相反的电荷，当雷雨云与地面之间的电压高带上了与雷雨云相反的电荷，当雷雨云与地面之间的电压高 到一定的时候，雷雨云与地面上突出的物体之间就会出现放到一定的时候，雷雨云与地面上突出的物体之间就会出现放 电。电。分枝状的放电主通道到达地面，或与大地放电迎面会合分枝状的放电主通道到达地面，或与大地放电迎面会合 以后，就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电以后，就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电 ，这就是雷击。，这就是雷击。 闪电通道的特征闪电通道的特征： 在雷击放电通道中，雷雨云与大地之间凝在雷击放电

3、通道中，雷雨云与大地之间凝 聚着大量的电荷，通过在放电先导所开辟的聚着大量的电荷，通过在放电先导所开辟的 狭小电离通道（雷击放电通道）中发生猛烈狭小电离通道（雷击放电通道）中发生猛烈 的电荷中和，释放出大量的能量，以至在雷的电荷中和，释放出大量的能量，以至在雷 击放电通道中产生万度的高温并发出强烈的击放电通道中产生万度的高温并发出强烈的 闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点 有巨大的有巨大的雷电流流过雷电流流过。 带负电荷的雷雨云向大地放电为带负电荷的雷雨云向大地放电为负闪击负闪击，带正电，带正电 荷的雷雨云向大地放电为荷的雷雨云向大地放电为正闪击正闪击

4、，雷雨云对大地放，雷雨云对大地放 电多为负闪击，其电流峰值以电多为负闪击，其电流峰值以20-50kA20-50kA居多。居多。 通常一次雷电包括通常一次雷电包括3-43-4次放电，一般是第一次放次放电，一般是第一次放 电的电流最大，正闪击的电流比负闪击的电流大，电的电流最大，正闪击的电流比负闪击的电流大， 其电流峰值往往在其电流峰值往往在100kA100kA以上。以上。 雷击产生雷电流雷击产生雷电流 连接先导：连接先导：当具有负电位的梯式先导到达地面 附近，离地约5-50m时，可形成很强的地面大气 电场，使地面的正电荷向上运动，并产生从地面 向上发展的正流光，这就是连接先导。连接先导 大多发生

5、与地面凸起物处。 回击：回击： 当梯级先导与连接 先导会合，形成一股明亮的 光柱，沿着梯式先导所形成 的电离通道由地面高速冲向 云中，这称为回击。 单次闪击和多次闪击：单次闪击和多次闪击：由一次闪击构成的地 闪称为单次地闪，由多次闪击构成的地闪称为多闪 击地闪。下图给出用照相法摄取的多闪击照片。一 次闪电过程由12次闪击构成。第一闪击后的各闪击 称为随后闪击。通常一次地闪过程多由24次闪击 构成，个别地闪过程的闪击数可达26次之多。 大量的观测事实表明：大地被雷击时，多数是负 电荷从雷雨云向大地放电，称之为负地闪；少数是正 电荷从雷雨云向大地放电，称之正地闪。 云层是否发生闪电，取决于云体的电

6、荷量及对地高 度或者说是云地间的电场强度。 在一块雷雨云发生的多次雷击中，最后一次雷击往 往是雷雨云上的正电荷向大地放电。 空间位置 云际闪电 云内闪电 云地闪电 形状 线状闪电（链状） 带状闪电（球状） 片状闪电（球状） 声音 有声闪电 无声闪电 相对建筑物 直击雷 侧击雷 雷击电磁脉 冲（LEMP） 云际放电云际放电： 当带有正负不同电荷的两块云之间的电场达到可击当带有正负不同电荷的两块云之间的电场达到可击 穿强度时，在两块云之间发生的放电现象。穿强度时，在两块云之间发生的放电现象。 云内放电：云内放电： 在同一块云中，不同云区带有正负不同的电荷， 在正负荷电区之间的电场达到可击穿强度时，

7、在同一 块云中同样可发生放电现象，此现象称之为云内放电。 云地放电：云地放电： 发生在匀层和大地之间的放电现象。 无声放电： 最常出现的一种无声放电是被称为“爱尔马圣 火”。由于暴风雨等原因，大气中的电场强度大大 地增长起来，在地球面的突出物体附近，电场强度 很容易达到30kV/cm的强度，导致在突出部分发生 静寂放电。这是一种非雷云与大地间放电和没有雷 声的闪电现象，实际上就是尖端电晕放电。放电时， 突出物周围会呈现出冒烟状或光膜状。当电场强度 很强时，就会形成单独束状放电，由物体周围放射 出来。这种放电现象对电讯系统有干扰。 片状闪电片状闪电: : 是出现在云的表面上的闪光，它有时可能是被

8、云块遮没是出现在云的表面上的闪光，它有时可能是被云块遮没 的火花闪电的延光，也可能是在云的上部发出来的丛集的、若的火花闪电的延光，也可能是在云的上部发出来的丛集的、若 隐若现的一种特殊的放电作用的光。这种闪电，表示云中电场隐若现的一种特殊的放电作用的光。这种闪电，表示云中电场 的能量虽然已经足够产生放电，但是新加入的电量却太少，以的能量虽然已经足够产生放电，但是新加入的电量却太少，以 致在闪烁放电尚未转变到火花（线状）放电以前，原有的储电致在闪烁放电尚未转变到火花（线状）放电以前，原有的储电 量已经用完了，仅仅伴随有片状闪电的雷暴，是一种较弱放电量已经用完了，仅仅伴随有片状闪电的雷暴，是一种较

9、弱放电 现象，通常会对电力系统引入日较弱的感应过电压。现象，通常会对电力系统引入日较弱的感应过电压。 链形闪电：链形闪电： 比较罕见，是一条发光的虚线比较罕见，是一条发光的虚线 ，一条链子，一条链子 一样，在云与大地间放一样，在云与大地间放 电或云与云间放电时电或云与云间放电时 均可能出现。均可能出现。 似乎是介于线状闪电与球形闪似乎是介于线状闪电与球形闪 电之间的一种过渡形式。电之间的一种过渡形式。 球形闪电：球形闪电： 是最奇妙、最罕见和最神秘莫测的一种闪电，由是最奇妙、最罕见和最神秘莫测的一种闪电，由 拳头般大小到足球那样大的球形发光体所组成，活动拳头般大小到足球那样大的球形发光体所组成

10、，活动 速度不大，可以看到移动，它走的路径极不规则，往速度不大，可以看到移动，它走的路径极不规则，往 往与风向一致，它出现时，常有尖哨声或嗡嗡声，有往与风向一致，它出现时，常有尖哨声或嗡嗡声，有 时会安然地消失，但有时也会发生恐怖的爆炸。它消时会安然地消失，但有时也会发生恐怖的爆炸。它消 失时，往往留下具有刺激性的轻烟雾。失时，往往留下具有刺激性的轻烟雾。 球形闪电存在的时间可由几秒到几分钟，它能在球形闪电存在的时间可由几秒到几分钟，它能在 一个地方停留一些时候，一面冒烟，一面发出火花，一个地方停留一些时候，一面冒烟，一面发出火花， 目前，国际上对于球形闪电也还没有很完善的解释，目前，国际上对

11、于球形闪电也还没有很完善的解释， 科学家们仍在研究中。科学家们仍在研究中。 雷电灾害，也是目前中国十大自然灾害之一。雷电灾害，也是目前中国十大自然灾害之一。 据统计，我国有据统计，我国有2121个省、区、市雷暴日在个省、区、市雷暴日在5050天以上，天以上， 最多的可达最多的可达134134天。仅天。仅19981998年和年和19991999年两年，中国因年两年，中国因 雷击造成的直接经济损失达百万元以上的有雷击造成的直接经济损失达百万元以上的有3838起。起。 每年因雷电灾害伤亡的人员约为每年因雷电灾害伤亡的人员约为3000-50003000-5000人，造成人，造成 的财产损失在的财产损失

12、在7070100100亿元左右。我国的雷电灾害损亿元左右。我国的雷电灾害损 失失80%80%以上涉及电子、通讯和配电系统。如，证卷交以上涉及电子、通讯和配电系统。如，证卷交 易所、卫星地面站机房、通信机站遭雷击，不仅会易所、卫星地面站机房、通信机站遭雷击，不仅会 造成巨大的经济损失，也给社会带来难以估量的间造成巨大的经济损失，也给社会带来难以估量的间 接损失，对社会影响很大接损失，对社会影响很大。 直击雷的危害直击雷的危害 （一）（一）雷电流的热效应 在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点 注 入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数 百千安，其热效应可以在雷击点局部范围内产生 高达600010

13、000C，甚至更高的温度，能够使金 属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物 内低压供配电线路时，可以将线路熔断。这些由 雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔 化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用， 如果防护不当，就会造成灾害。 l雷击烧毁树木 雷击雷击 电流电流 热效热效 应使应使 设备设备 烧损烧损 的事的事 例例 雷电的直接破坏作用除了热效应外，雷电的直接破坏作用除了热效应外， 还有机械效应和冲击波。在雷云对地放电还有机械效应和冲击波。在雷云对地放电 时，这两种效应与热效应一样，均能对地时，这两种效应与热效应一样，均能对地 面被击物体造成严重损害。但从危害的方面被击物体造成

14、严重损害。但从危害的方 式来看，两者有所不同，前者是产生电动式来看，两者有所不同，前者是产生电动 力和内压力，后者则是产生冲击波。下面力和内压力，后者则是产生冲击波。下面 将讨论机械效应与冲击波效应的产生机理将讨论机械效应与冲击波效应的产生机理 及其破坏作用。及其破坏作用。 在发生雷击时，雷电的机械效应所产生的在发生雷击时，雷电的机械效应所产生的 破坏作用主要表现为两种形式：破坏作用主要表现为两种形式： 一、是雷电流流过金属物体时产生一、是雷电流流过金属物体时产生 的电动力；的电动力； 二、是雷电流注入树木或建筑构件二、是雷电流注入树木或建筑构件 时在它们内部产生的内压力。时在它们内部产生的内

15、压力。 在被击物体内部产生内压力是雷电流在被击物体内部产生内压力是雷电流 机械效应破坏作用的另一种表现形式。由机械效应破坏作用的另一种表现形式。由 于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，于雷电流幅值很高，且作用时间又很短， 当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内 部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热 量来不及散发出去，以致使这些内部的水量来不及散发出去，以致使这些内部的水 分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产 生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸 力，能够

16、使被击树木劈裂和使建筑构件崩力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩 塌。有关这类现象，国内外均时有报道。塌。有关这类现象，国内外均时有报道。 内压内压 力造力造 成树成树 木被木被 雷击雷击 而折而折 断。断。 树木劈裂和建筑物的崩塌 雷击电磁脉冲的危害雷击电磁脉冲的危害 雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破 坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过 电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围，电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围， 它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚

17、至造成它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚至造成 人员伤亡，因此，在防雷设计中，一直受到关注。人员伤亡，因此，在防雷设计中，一直受到关注。 城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体 的建筑物，例如半球形铜壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮的建筑物，例如半球形铜壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮 包装屋顶的建筑物。当这种建筑物上空有雷云生成并向下发包装屋顶的建筑物。当这种建筑物上空有雷云生成并向下发 展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在 建筑物顶部的金属体上将出现反极性的感应

18、电荷，如图所示。建筑物顶部的金属体上将出现反极性的感应电荷，如图所示。 金属屋顶上的静电感应 在该图中示出的是常见在该图中示出的是常见 的负雷云对地放电，雷云及的负雷云对地放电，雷云及 下行先导通道中的电荷为负，下行先导通道中的电荷为负， 而在建筑物金属屋顶上感应而在建筑物金属屋顶上感应 出的电荷为正。出的电荷为正。 如果建筑物金属屋顶或顶部金属对地绝缘，则在如果建筑物金属屋顶或顶部金属对地绝缘，则在 静电感应所引起的高电压作用下，金属体对其下方静电感应所引起的高电压作用下，金属体对其下方 的某些接地物体将会造成火花放电，导致设备和人的某些接地物体将会造成火花放电，导致设备和人 员的损坏和伤亡

19、，还可能会引发火灾。如果顶部金员的损坏和伤亡，还可能会引发火灾。如果顶部金 属体的接地引下线在某个部位断开或电阻过大，则属体的接地引下线在某个部位断开或电阻过大，则 在这些部位也将出现高电压，造成局部火花放电，在这些部位也将出现高电压，造成局部火花放电， 危及建筑物内设备与人员的安全。危及建筑物内设备与人员的安全。 很明显，要减小雷电静电感应的危害程度，就很明显，要减小雷电静电感应的危害程度，就 必须设法减少在建筑物顶部金属体上的感应电荷，必须设法减少在建筑物顶部金属体上的感应电荷， 这就需要将金属体良好地接地，以尽可能快地将感这就需要将金属体良好地接地，以尽可能快地将感 应电荷泄放入地。应电

20、荷泄放入地。 在各种架空线路上，同样会因雷云对地放电而在各种架空线路上，同样会因雷云对地放电而 产生静电感应电荷。现仍以常见的负雷云对地放电产生静电感应电荷。现仍以常见的负雷云对地放电 为例，来说明架空线路上感应电荷和高电压的产生为例，来说明架空线路上感应电荷和高电压的产生 机理。机理。 如图（如图（1 1）所示，当雷云下行负先导向地面发展时，先导通道携带的负电荷将在）所示，当雷云下行负先导向地面发展时，先导通道携带的负电荷将在 最靠近其前端的一段导线上感应出正电荷，在先导尚未到达地面，即回击尚未发最靠近其前端的一段导线上感应出正电荷，在先导尚未到达地面，即回击尚未发 生时，这些正电荷将受到先

21、导通道中负电荷的束缚，成为不能自由运动的束缚电生时，这些正电荷将受到先导通道中负电荷的束缚，成为不能自由运动的束缚电 荷。而此时导线上与正束缚电荷相应的负电荷则被排斥向两侧运动，经线路的泄荷。而此时导线上与正束缚电荷相应的负电荷则被排斥向两侧运动，经线路的泄 漏电导和电网的中性点进入大地。漏电导和电网的中性点进入大地。 当先导到达地面时，回击就发生，如图（当先导到达地面时，回击就发生，如图（2 2）所示，原先导通道中的负电荷被迅）所示，原先导通道中的负电荷被迅 速中和，这就消除了对导线上正电荷的束缚，这些失去束缚的正电荷将向两侧运速中和，这就消除了对导线上正电荷的束缚，这些失去束缚的正电荷将向

22、两侧运 动，形成过电压波，其波速接近于光速。由于回击的平均速度很快，导线上正电动，形成过电压波，其波速接近于光速。由于回击的平均速度很快，导线上正电 荷被释放的时间也很短，所以过电压波的幅值是很高的。荷被释放的时间也很短，所以过电压波的幅值是很高的。 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + - - - 雷云 s h s h - - - - + - - - - - - - - - - + - - + - - + - 雷云 感应过电压波向导线两侧传播，当它沿线 路进入建筑物内时，将会对建筑物内的信息 系统和电气设备造成损坏。这种沿线路进入 建筑物内的感应过电压波常称为雷电侵入波， 它是一种典型的雷电暂态过电压，对信息系 统中的电子和微电子设备极具危害性，在防 雷设计中需要采取专门的措施加以防护。 雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过 的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场。根据电磁感应定律，的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场。根据电磁感应定律， 这种快速变化的脉冲磁场交链导体回路时，能在回路中感这种快速变化的脉冲磁场交链导体回路时，能在回路