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1、1,雷电和雷电流参数培训教材,第二章,雷电和雷电流参数,2,雷电和雷电流参数培训教材,2.1 雷电活动参数 2.1.1.1 雷暴日 表征不同地区雷暴日活动的频繁程度。 （1）雷暴日：指该天发生雷暴的日子，即在一天内，只要听到雷 声一次或一次以上的就算一个雷暴日，而不论该天 雷暴发生的次数和持续时间。 月雷暴日：一个月内雷暴的天数，单位：d 季雷暴日：一个季度内雷暴的天数，单位：d 年雷暴日：一年中雷暴的天数，单位：d （所有雷暴日都不能反映一天中雷暴发生多少次或雷暴持续时间） （2）月平均雷暴日：月雷暴日的多年平均结果，单位：d 季平均雷暴日：季雷暴日的多年平均结果，单位：d 年平均雷暴日：年
2、雷暴日的多年平均结果，单位：d 见书第18页的表，例如兰州的雷暴日数是 23.6 d/a，属多雷区。 长春的雷暴日数是 35.2 d/a，属多雷区。,3,雷电和雷电流参数培训教材,2.1.1.2 雷暴时（书第19页） （1）雷暴时：在一个小时内只要听到一次或一次以上的雷声就算 一个雷暴时。 （我国大部分地区一个雷暴日大约为3个雷暴时） 日雷暴时：一日内发生雷暴的时数，单位：时 月雷暴时：一月中发生雷暴的时数，单位：时 季雷暴时：一季内发生雷暴的时数，单位：时 年雷暴时：一年内发生雷暴的时数，单位：时 （2）平均雷暴时 平均日雷暴时：日雷暴时的多年平均结果，单位：时 平均月雷暴时：月雷暴时的多年
3、平均结果，单位：时 平均季雷暴时：季雷暴时的多年平均结果，单位：时 平均年雷暴时：年雷暴时的多年平均结果，单位：时 （3）逐时年雷暴时：一天中某一小时内在全年中的雷暴时数，时 平均逐时年雷暴时：逐时年雷暴时的多年平均结果，时,4,雷电和雷电流参数培训教材,2.1.1.3 雷暴月 （1）雷暴月：该月中发生过雷暴，而不论该月发生过多少天雷暴。 年雷暴月：一年中雷暴月数，单位：月 （2）平均雷暴月：年雷暴月的多年平均结果，单位：月 2.1.1.4 雷暴季节 （1）雷暴季节：一年中雷暴所发生的月份构成的时段，而不论在 这些月份中雷暴发生的天数。 （2）平均雷暴季节：雷暴季节的多年平均结果。 2.1.1
4、.5 雷暴持续时期 （1）一年中初雷日与终雷日之间的天数，单位：d （2）平均雷暴持续时期：雷暴持续时期的多年平均结果，天,5,雷电和雷电流参数培训教材,2.1.2 雷电的空间分布参数 2.1.2.1 地面落雷密度 Ng ：每个雷暴日每平方千米上的平均落 雷次数，又叫闪电频数。 单位是：km-2 d-1 一般取 式中 Td 是年平均雷暴日数 我国过电压保护规程取地面落雷密度为 我国建筑物防雷规范GB50057-94使用,6,雷电和雷电流参数培训教材,2.2 雷电流的波形及常用参数 雷电流具有电流所具有的一切效应，不同的是它在短时间内以 脉冲的形式通过强大的电流。尤其是直击雷，它的峰值有几十 千
5、安培，甚至几百千安培。 2.2.1 雷电流的波形 2.2.1.1 雷电流的波形 雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80% 90%的雷电流是 负极性的（负地闪）。 雷电放电具有重复性，一次雷电平均包括3 4次放电，通常第 一次放电的电流幅值最高。,7,雷电和雷电流参数培训教材,建筑规范64页图,8,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.1.2 雷电流波形画法,9,雷电和雷电流参数培训教材,书第22页图 实线 A 是对88次实测雷电流的取平均值 虚线 B 是对10次实测雷电流的取平均值,10,雷电和雷电流参数培训教材,参看书第24页的表2.3a,11,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.1.3 雷电流的
6、等值波形 （1）双指数等值波形（式2.7） 波形见图2.4，几个参数见表2.4 (2) 等值斜角波（式2.8） 波形见2.5 （参看书第25页的表2.4）,12,雷电和雷电流参数培训教材,（3）等值余弦波形（式2.9） 式中0为等值角频率，它与 波头f 时间之间的关系为： 该波形上的波头上升部分的 最大陡度出现在t = f /2处： 书第27页图2.6,13,雷电和雷电流参数培训教材,(4) 幂指数波形（式2.10） 应用实例（式2.11）（见右图）： 书第27页图2.7 式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s,14,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.1.4 几种常用的雷电
7、过电压波形及其近似表达式 （1）1.2/50s波形（式2.12） 这种波形是电气电子设备绝缘耐受性能试验中常用的标准雷电过电压脉冲波形。 式中：A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s 书第28页图2.8,15,雷电和雷电流参数培训教材,(2) 0.5 100kHz衰减振荡波形（式2.13和式2.14） 由雷电在低压交流线路上引起的暂态过电压常具有衰减振荡波形，且第一个波的波头时间很短。 式中 常数 B=0.6025 k=0.525 A=1.159 书第28页图2.9 1 = 0.4791 s 2 = 9.7788 s 0=2105rad/s,16,雷电和雷电流参数
8、培训教材,（3）10/1000s 波形（式2.12） 通信线路上雷电暂态过电压等值波形，用于对通信线路网络中的设备进行试验。 此时式中： A = 1.019 书第28页图2.10 1 = 3.827 s 2 = 1404 s,17,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.2 雷电流幅值的累计概率 对大量的观测数据进行统计，传统用经验公式（式2.15）： 年雷暴日大于等20d/a 地区用： （参照书第29页图2.11） 式中，Im 是雷电流幅值（kA） P 是雷电流幅值超过 Im 的概率 例如： Im = 100 kA ，则 用反对数表查 0.0741 得 1186，首数 表示真数P 的小数点位置，即
9、 表明，每100次雷电放电大约有12次雷电流超过100千安培。,18,雷电和雷电流参数培训教材,也可用式2.16 ： 如果用这个公式，上例的 年雷暴日小于或等于 20d/a 地区用： 上例的,19,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.3 雷电流的能量与频谱 2.2.3.1 能量估算 雷电的能量被负载吸收，等效为右图 负载电阻 RL 吸收的能量为 当R0=RL满足时，负载获得最大能量，为 单位负载电阻吸收的能量（单位能量）为 参看书第32页的表2.5和2.6,20,雷电和雷电流参数培训教材,对于恒压负载，看右图 UL 是恒压负载两端的保护 元件动作之后的残压 是恒压负载吸收的瞬时功率 参看书第32
10、页下面的式子 参看书第33页的表2.7,21,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.3.2 频谱分析 对于图2.7 式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s 图2.7 它的频谱函数为（式2.20）： 图2.17,22,雷电和雷电流参数培训教材,对于图2.8 A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s 图2.8 它的频谱函数为（式2.21）： 图2.17,23,雷电和雷电流参数培训教材,对于图2.9 图2.9 它的频谱函数为（式2.22）： 图2.17,24,雷电和雷电流参数培训教材,可见：波头和波长时间长的波形（10/1000s）具有较低的转折频率 和较
11、慢的衰减速度，而波头时间短的（0.5s100kHz）衰减 振荡波形具有较高的转折频率和较快的衰减速度 什么叫波特图？ 采用半对数坐标 （频率用对数分度， 增益和相角采用线 性分度）并用折线 近似表示的幅频特 图2.17 性和相频特性曲线 的图叫波特图。,25,雷电和雷电流参数培训教材, 雷电流峰值比率的频率分布：指每一个单一频率的电流峰值对 整个雷电流波峰值之比的分布。 对于双指数波形 书第34页对此式变换推导得（式2.24） 这个式子的模I()就是雷电流峰值比率的频率分布。 由此可见： 频率越高，电压峰值越低（1kHz以上的电压峰值明显下降）。也就是雷电流主要分布在低频部分，随着频率的升高而
12、递减。 另外，在波前相同的情况下，波尾越长，低频部分越丰富。,26,雷电和雷电流参数培训教材, 雷电流峰值比率积累的频率分布 雷电流的直接破坏作用表现为： 对设备的过电压击穿 冲击能量很大的热击穿 把（2.24）式对 进行积分得（2.26式） 8/20s、 1.5/40s、 10/700s波形的90%峰值电流积累分别出现在24kHz、 87kHz、 11kHz附近。 波前越陡，谐波越丰富，受雷电影响的频率范围就越宽。,27,雷电和雷电流参数培训教材,什么是谐波？ 如果电流或电压是非正弦周期函数，可将非正弦周期信号展开成傅里叶级数，展开后的傅里叶级数具有无穷多项，每一项都是正弦或余弦函数，只是各
13、项的频率不相同，称之为谐波。 例如右图是一个周期性矩形波， 第46页图 用傅里叶级数展开，其表达式为 电路与电子电路书第46页下面的图,28,雷电和雷电流参数培训教材,雷电波能量比率积累的频率分布 书第36页的结论： 雷电波能量比率积累的频率分布表现在低频部分增值快，频率越高，增值越慢。 雷电的能量大多分布在低频部分。 对于8/20s、 1.5/40s、 10/700s这三个雷电波，90%以上雷电能量分布在频率为十多千赫以下。 说明：在通信网络中要防止十多千赫以下频率的雷电波侵入，就 能吧雷电波的能量消减掉90%以上。,29,雷电和雷电流参数培训教材,2.2.4 闪击距离 闪击距离的概念：当下
14、行先导最先到达地面上某一 物体的临界定向范围时，下行先 导定向地向这个物体发展，并使 之遭受雷击。这种临界定向距离 书第38页图2.21 称为雷击距（也叫闪击距离、定 向距离）。见图。 看书第37页的图2.18左边的图 图2.18左边的图 这是雷击距与电场强度的函数 关系的图,30,雷电和雷电流参数培训教材,试验表明：负雷击的临界击穿强度为500kV/m 正雷击的临界击穿强度为300kV/m 有人给出了雷击距与雷电流之间的关系式： 此式对应于书第38页图2.20中的曲线3,31,雷电和雷电流参数培训教材, 雷击距的大小与下行先导头部的电位高低有关，与先导通道中携带的电荷密度有关。而先导中的电荷密度决定着随后回击出现的雷电流幅值，所以雷击距大小依赖于雷电流的幅值。 雷击距与雷电流幅值关系的经验公式 (式2.31)： 式中，ds 雷击距，m Im 雷电流幅值，Ka b 、c 常数，由实测数据确定 对于高耸物体，该公式修正为： 式中f (h) 为考虑被击物体高度影响的一个函数,32,雷电和雷电流参数培训教材,书第39页有式子（2.33）和（2.34） 对于正雷，有 对于负雷，有 看书第39页图2.23 书第39页图2.23,33,雷电和雷电流参数培训教材,
