雷电基本知识

电基本知识人们在研究磨擦起电现象时发现，当带正电的物体和带负电的物体靠近时，常有火花产生，同时发出劈啪的声响，这种现象叫做放电。雷电是大自然中雷云之间或雷云对地之间的大规模放电现象，这种迅猛的放电过程产生强烈的闪光并伴随巨大的声音。从电学的角度来讲，雷云放电就会产生雷电流，雷电流除具有电流的一般的特性外，还有发生时间短 （微秒级）幅值高（几百KA）的特点，所以雷电流的瞬间功率是巨大的。正因为雷电流的特殊性，使得雷电有其雷击可以把建筑物劈裂，使架空的电18雷击可以把建筑物劈裂，使架空的电18世纪富兰克林著名的风筝实验以

对雷电的防护已经取得了很大成线短路、引起森林大火，还会造成人员的直接伤亡。自来，人们致力于雷电及其防护的研究实践已有删年的历史，绩，积累了丰富的经验。了解雷电基本知识，有利于搞好仓库防雷安全工作。一、雷电的形成与分类（一）雷雨云和雷电的形成人们通常把发生闪电的云称为雷雨云（或称积雨云），雷雨云是热气流在强烈垂直对流过程中形成的。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层， 近地面的大气的温度由于热传导和热辐射作用，温度也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原理，气体就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大， 就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换， 于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随高度逐渐增多。由于过冷水大量冻结而释放潜热， 使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，使云中水滴分裂成较小的水滴或较大的水滴， 分别带负电和带正电。较小的水滴被气带走，形成带负电的雷云，较大的水滴留下来形成带正电的雷云。随着电荷的积累，雷云的电位逐渐升高。当带不同电荷的雷云在空气中互相接近到一定的距离时，便发生激烈的放电，出现强烈的闪光。由于放电时温度高达急剧膨胀，发出： 20000C，空气受热爆炸的轰鸣声，这就是空中闪电和雷鸣，见图较近时，还会对地面突出物5—1（a）。当带电雷云离地直接放电，这就是直击雷。见图 5—1（b）。图5—1雷云放电现象二）雷电的分类1.雷电按照放电形式不同分为：线形雷、片形雷和球形雷（图5—1雷云放电现象二）雷电的分类1.雷电按照放电形式不同分为：线形雷、片形雷和球形雷（1）线形雷。线形雷是一种蜿蜒曲折，枝叉纵横的巨型电气火花，长长达10公里，线形雷是闪电中最强烈的一种，对电力、电讯系统及人畜和建筑物等威2—3公里，也有的这种闪电可以同时击在大多数情况下（约5070%以上）,雷胁最大。线形雷大多是雷云与大地间的放电而是多重的，也就是说由若干个先后在同一通道上发展127次，单次放电的延续时间一般为但也有的是雷云之间的放电。在不同的地方，一般分为前导放电和主放电等阶段。云与大地间的放电过程不是单一的，的单一的，放电所组成。重复放电的数目一般为0.0010.02秒，各次放电的间隔时间为0.010.05秒。（2）片形雷。片形雷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作用，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，原有的储电量已经用完了，片形雷对电力系统一般只会引进感应过电压。(3)球形雷。球形雷是一种特殊的雷电现象，简称球雷。是橙或红色，或似红色火焰的发光球体，(也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的 )，直径一般约为1020厘米，最大的直径可达1m,存在的时间大约为百分之几秒至几分钟， 一般是35秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进房内，多数沿带电体消失。球形雷形成的原因：一是等粒子体；二是小范围的急促气旋造成，三是核反应。到目前试验室未圆满重复这一现象。2．雷电按传播方式不同分为：直击雷、感应雷和雷电侵入波直击雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生猛烈的放电现象，称直击雷。直击雷的放电过程为：当雷云接近地面时，在地面感应出异性电荷，两者组成一个巨大的电容器。雷云中的电荷分布是不均匀的，地面也是高低不平的。因此，其间电场强度也是不均匀的。当电场强度达到2530kV/cm时，即发生雷云向大地发展的跳跃式先驱放电，时间为0.0050.01s，平均速度为延续1001000km/s,每次跳跃前进约50m，并停顿50卩S。当先驱放电达到大地时，即发生大地雷30云发展的极明亮的主放电，其放电电流可达数十至数百千安，放电时间仅50100ps，放电速度约为光速的 1/51/3，即约为104km/s。主放电向上发展，到云端即告结束。主放电结束后继续有微弱的余光，余光延续时间约0.030.15s。约50%的直击雷有重复放电性质。平均每次雷击有三、四个冲击，最多能出现几十个冲击。第一个冲击的先驱放电是箭形先驱放电，其放电时间仅约0．001s。全部放电时间一般不超过500ms。感应雷。感应雷也称间接雷电感应或感应过电压，亦可以叫做雷电的二次作用。感应雷分为静电感应雷和电磁感应雷两种。静电感应雷是雷云接近地面时，使邻近雷云的金属设施上，特别是较长的金属设施架空线路) (如上，能感应产生与雷云相反的大量电荷。当雷云放电时，如金属设施上的感应电压较高，也就会向邻近的设施放电播。 (金属设施未接地时)，或以雷电波的形式沿线路极快地传电磁感应雷是由于雷击时，个巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场，使处于这建筑设磁场中对地绝缘的金属构件、能对施，感应出很高的电位。当这个电压足够大时，就可地或向邻近的设施放电。雷电侵入波。由于雷电电流有极大峰值和陡度，在它周围出现瞬变电磁场，处在这瞬变电磁场中的导体会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场，都会在空间一定的范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射，而这种空间雷电电磁脉冲波(LEMP)是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间及短或感应的电压很高，以致引起电气设备的过电压。二、雷电的危害(一)直击雷的危害直接雷的破坏作用主要是：电效应破坏、热效应破坏和机械效应破坏。1．电效应破坏电性质的破坏作用，表现在雷击形成的数十万乃至数百万伏的冲击电压，产生过电压作用，可击穿电气设备的绝缘，烧断电线而发生短路放电，其放电火花、电弧可能造成火灾或爆炸；绝缘的损坏，还会造成高压窜入压和设备漏电的隐患， 可能引起严重的触电事故；巨大的雷电流流入下，会在雷击点接地周围的5 10m范围内形成极高的电压，可直接导致接地电压和跨步电压的触电事故。2．热效应破坏热性质的破坏作用，表现在巨大的雷电流通过导体时，在极短的时间内转换出大量的热量，高温作用造成易燃品燃烧或金属熔化、飞溅而引起火灾或爆炸；如果直接雷击在易燃物上，更容易引起大面积的火灾。3．机械效应破坏机械性质的破坏作用，表现为被击物直接遭到破坏，雷电甚至爆裂成碎片，这是由于巨大的流通过被击物时，使被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，体，致使缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气被击物破坏或爆炸。此外，同性电荷之间的斥力、电流拐弯处的电磁推力、发生雷击时的气浪都有较强的破坏作用。（二）感应雷的危害感应雷是在直击雷基础上发生的，在建筑物上设置的避雷针、避雷网、避雷带只能对付直击雷，对感应雷不起作用。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的机率比直击雷高得多。直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而一次雷闪击都可以在较大的范围内，多个小局部同时产生感应雷过电压现象，并且这种感应高压可以通过电力线、电话线等传输到很远，至使雷害范围扩大。三、雷电的分布特点我国地域辽阔，从南到北越30多个纬度，大部分地区位于北温带和亚热带，都处于雷雨区，只是受高度等不同因素的影响雷暴日不同 （雷暴日指一年听到雷声的天数）。我国西北地区的雷暴日在20天以下，属少雷区，雷害较轻；东北30天左右，华北和中部地区多在4050天，长江以南至北纬23度大部分地区在4080天，属中等雷区；23度线以南，包括广东、广西、福建的大部分多在80天以上，属雷害严重地区。从雷害发生的地区看，我国人口居住密集、经济较发达的大中城市处在中等以上雷雨地区。我国各地区雷雨季节相差较大，南方约从二月开始，长江流域一般从三月开始，华北和东北地区迟至四月开始，西北可延至五月开始。总体上，雷电活动呈现以下基本规律：1．热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多。2．从纬度看，雷暴的频数总是由北向南增加，到赤道最高，以后又向南递减。在我国递减的顺序大致是：华南、西南、长江流域、华北、东北、西北。雷暴的频数是山区大于平原，平原大于3．从地域看，沙漠；陆地大于湖海。4．从时间看，雷暴高峰月都在七、八月份，活动时间大都在 1422时，各地区雷暴的极大值和极小值多数出现在相同的年份。四、雷灾新特点当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：1．受灾面大大扩大。从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等，雷电的受灾行业面扩大了。2．从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入雷电电磁脉冲（LEMP），雷电灾害的空间范围扩大了。例如20m年7月25日一次闪电造成漕宝路桂菁路附近二家单位同时受到雷灾， 而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。3．雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。4．产生上述特点的根本原因，也就是关键性