第五章 雷电放电

1、1第五章第五章 雷电放电雷电放电21. 1. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史u中国古代对雷电的认识n公元前1500年殷商甲骨文中就有“雷”字，稍晚的西周青铜器上有“电”字，他指的是闪电n最早的文字记载时东汉哲学家王充（27约97年）他在论衡中对雷电进行了描述“雷者火也。以人中雷而死，即询其身，中火则须发烧焦。” n故宫：雷公柱31. 1. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史u公元490年南齐书记载“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不弄也”u雷电是神灵，多惩罚暴君，百姓中的恶人。如鲁僖公15年（公元前645年）雷击夷伯之庙，这是展氏的祖庙，史书未见说展氏有什么罪恶事迹，但

2、左传就认为他们祖上有“阴过”41. 1. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史u但王充、沈括、柳宗元、朱熹等反对神鬼论。元代末刘基（刘伯温）（13111375）在刘文正公文集中讲“雷何物也？曰雷者，大气之郁而激发也，阴气团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电。”u中国古代的认识只停留在观察自然界，作理性思辨，而没有动手制造仪器，变革所研究的对象，进行试样工作，寻找其规律，因而无法前进u我国古庙的防雷措施51. 1. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史u沈括（10311095年）在梦溪笔谈中有详细的描述“内侍李舜举家曾为雷暴所震，其堂之西屋，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止

3、，其舍宛然，墙壁窗纸阶黔。有一木格，其中杂储诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄而草木无一毁者，非人情所测也。佛书云，龙火得水而炽，人火得水而灭，此理亦然。”61. 1. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史u欧美雷电科学的建立n17世纪欧洲发现了正电和负电。n第一个将实验室人工产生的电（可称为地电）与闪电联系起来的是伦敦皇家学会馆长Francis Hauksbeel1706年他观察摩擦起电的放电不仅产生闪电，而且产生类似雷鸣的声音。认为其与雷电类似n富兰克林证明二者在12个方面是相似的71. 1

4、. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史u欧美雷电科学的建立n著名的风筝试验（17世纪，富兰克林）： 240米长的缠绕钢丝的麻绳上产生20cm的电火花n著名科学家G W Richman（17111753）（彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡n高速摄影、记录示波器、雷电定向定位仪等现代化测量技术82.2.雷电放电过程雷电放电过程u基本过程：先导放电阶段 ；主放电阶段1 先导放电通道；2 强游离区；3 主放电通道30kV/cm92.2.雷电放电过程雷电放电过程u分级先导：多次先导 主放电的重复过程， 每次间歇时间为几十毫秒，放电次数一般为23次，最多为次102.2.雷电放电过程雷电放电过程112.2.雷

5、电放电过程雷电放电过程u雷电放电由带电荷的雷云引起u大多数的放电发生在雷云之间不危险u少数的放电发生在雷云和大地之间危险u对地放电的雷云大多数带负电荷，实测7590u 理解以下几点：雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流12雷电放电基本参数雷电放电基本参数u先导放电平均速度：1.5x105m/s，数百安u主放电：2x1071.5x108m/s，几十几百安13雷电的能量和功率雷电的能量和功率u雷电的瞬时功率很大，但能量却很小。以中等雷电为例：雷云电位50MV，电

6、荷Q=8C，则其能量为：u55kWh电能，约等于4kg汽油。每平方公里每年落雷0.6次，获得的雷电能量为33kWh，而每平方公里长年的功率不足4W，不足以点亮一个灯泡u瞬时功率：I=50kA,弧道压降E=6kV/m，雷云1000m高度计，则主放电功率P为：kWhQVW555 . 0 MWIEhP300000 14雷电的能量和功率雷电的能量和功率u雷电的热效应：雷电通道温度15000 20000oC，森林大火，16mm钢筋；u雷电的机械效应：气体膨胀爆炸， 热应力，电动力u雷电造成的事故：黄岛油库15雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型u开关S闭合前后对应不同的雷电放电阶段（先导放电和主放电），

7、A点电位发生变化，从零突升到u=iZu先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波阻抗为Z0(300 )u主放电过程，自雷云通过雷电通道向地面传播的电磁波（u0、i0）到达A点u由c图得出其彼德逊等值电路16雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型u能够测知的电量，主要是流过被击物的电流。跟据计算模型（电流源模型）推出雷电波的参数u国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定义为雷电流ZZZii00022i0Z0ZA雷电流源被击电路17雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据u雷电流的波形和极性n 75%90%为负极性u波形参数：n波头时间：1-5sn波长时间：20100s，平均50s，大于

8、50s 的为1830%n我国在防雷保护中采用的波形：2.6/50sn55%的落雷包含两次以上冲击，3-5次冲击占25%，10次以上占4%，平均重复3次，最高纪录可达42次18雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据19雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据u雷电流幅值的概率分布n现行标准：n陕南以外的西北地区及内蒙古 u雷电流的平均陡度和幅值线性相关88/lgIP44/lgIPskAIa/ 6 . 220雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据u雷电日和雷电小时：不足15日为少雷区，超过40的为多雷区，超过90的为强雷区 u地面落雷密度： Td：雷电日数u我国取=0.07(40雷电日)，国外一般取0.1-0.23 . 1023. 0dT21雷电流的等值波形雷电流的等值波形双指数波 三角波斜角波 余弦波22雷电流的测量和雷击选择性雷电流的测量和雷击选择性u采用磁钢棒，罗果夫斯基线圈，雷电定位系统u易击区n空旷地区：雷击高的物体n山区：有时山顶物体，有时迎风面n与地质条件有关：地质有矿物质23广东雷电定位系统广东雷电定位系统截止2000年底，广东省电力系统110kV、220kV及500kV线路的长度分别为12217km、7972km及1668km 24接地物体对雷电先导的影响接地物体对雷电先导的影响u定向高度nh30m时