雷电及其防护常见问题

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1、雷电及其防护常见问题、雷电基本知识1雷雨云是如何形成的？答：雷电放电是由带电荷的雷云引起的。雷云带电原 因的解释很多，但还没有获得比较满意的一致认识。一般认 为雷云是在有利的大气和大地条件下，由强大的潮湿的热气 流不断上升进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流 穿过云层，水滴被撞分裂带电。轻微的水沫带负电，被风吹 得较高，形成大块的带负电的雷云；大滴水珠带正电，凝聚 成雨下降，或悬浮在云中，形成一些局部带正电的区域。实 测表明，在510km的高度主要是正电荷的云层，在15km 的高度主要是负电荷的云层，但在云层的底部也有一块不大 区域的正电荷聚集。雷云中的电荷分布很不均匀，往往形成 多个电

2、荷密集中心。每个电荷中心的电荷约为 0.1 库仑10 库仑，而一大块雷云同极性的总电荷则可达数百库仑。这样， 在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和 大地之间就形成了强大的电场。随着雷云的发展和运动，一 旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度（大气中 的电场强度约为30kV/cm,有水滴存在时约为10kV/cm）时， 就会发生云间或对地的火花放电；放出几十乃至几百千安的 电流；产生强烈的光和热（放电通道温度高达 15000 C至 20000C）,使空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣。这就是闪 电伴随雷鸣叫做雷电的原故。2云对云放电与云对地的放电比例如何？答：大多数雷电放电发生在

3、雷云之间，它对地面没有 什么直接影响。雷云对大地的放电虽然只占少数。雷暴日数 越多，云间放电的比重越大。云间放电与云地放电之间比， 在温带约为1.53.0,在热带约为36。3雷电暴发时的临界状态？答：雷云的底部大多数是带负电，它在地面上会感应 出大量的正电荷。这样，在带有大量不同极性或不同数量电 荷的雷云之间，或雷云和大地之间就形成了强大的电场，其 电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。随着雷云的发展和运动， 一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度（大气 中约30kV/cm,有水滴存在时约10kV/cm）时，就会发生云 间或对大地的火花放电；放出几十乃至几百千安的电流；产 生强烈的光和热（放电

4、通道温度高达 15000C20000C）， 使空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣。4雷电对地放电的基本过程是怎样的？中和电流产生 的机理？答：雷云中的负电荷逐渐积累，同时在附近地面上 感应出正电荷。 当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游离临界场强时，就开始有局部放电通道自雷云边缘向大地发展先导放电(先导放电发展的平均速度较低约为1.5X105m/s, 表现出的电流不大，约为数百安培)，如图1- 1(a)所示，先导 通道具有导电性，因此雷云中的负电荷沿通道分布，并继续 向地面延伸，地面上的感应正电荷也逐渐增多。 先导通道发展临近地面时，由于局部空间电场强度 的增加，常在地面突起出现正电荷的先导放电

5、向天空发展一 迎面先导，如图1-1(b)所示。 先导通道到达地面或与迎面先导相遇后，在通道端 部因大气强烈游离而产生高密度的等离子区，自下而上迅速 传播，形成一条高导电率的等离子通道，使先导通道以及雷 云中的负电荷与大地的正电荷迅速中和主放电过程(主 放电的发展速度很快，约为2X107m/s1.5X108m/s，出现 很强的脉冲电流，可达几十至二、三百千安培)；如图 1-1(c)、 (d)所示。 主放电到达云端结束，云中的残余电荷经过主放电通道流下来余光放电。5“有人企图收集雷电能量加以利用”这种做法是否 妥当？答：实际上，雷电放电瞬间功率极大，但是雷电的能 量却很小，即破坏力极大，实际利用的

6、价值却很小。以中等 雷为例：雷云电位以50000kV计，电荷Q=8C，则能量为 W= UQ=2X108 (W?s) =55 (kW?h),即不过等于 55 kW?h 电能(约等值于 4kg 的汽油)。但雷电主放电的瞬时功率 P 极大，以l=50kA，弧道压降E=6kV7m，雷云为1000m高 度计，主放电功率P=UI=50X6X 1000=300000MW，它比目 前全世界任一电站的功率还要大。6雷电流的波形和极性是怎样的？答：雷电流是单极性的脉冲波；75%90%的雷电流是 负极性的。7什么是雷电流的幅值、波头、波长和陡度？答：雷电流的幅值是指脉冲电流所达到的最高值；波 头是指电流上升到幅值的

7、时间；波长（波尾）是指脉冲电流 的持续时间。幅值和波头又决定了雷电流随时间上升的变化 率称为雷电流的陡度。雷电流陡度对过电压有直接影响。8雷电流幅值的概率分布是怎样的？答：根据我国大部分地区多年实测得到的1205 个数据 统计，雷电流幅值$40kA的雷电流占45%,$80kA的雷电 流占17%,$108kA的雷电流占10%；我国实测最大雷电流 330kA只占0.1%。上述统计数据可用雷电流幅值的累积概率 曲线来表示。9雷电流的波头和波长是怎样确定的？答：各国测得的雷电流波形基本一致，波头长度大多在15p s,平均约为22.5p s。我国在防雷保护设计中建 议采用2.6p s。波长在20100p

8、 s,平均约为50p s,大于 50p s的仅占1830%。在防雷保护计算中，雷电流的波形 可采用2.6/50p s。10雷电流的陡度是怎样确定的？答：由于雷电流的波头长度变化范围不大，所以雷电流的陡度和幅值必然密切相关。我国采用2.6p s的固定波头 长度，即认为雷电流的平均陡度 和幅值线性相关：=(kA/ M s)，即幅值较大的雷电流同时也具有较大的陡度。11雷电放电的重复次数和总持续时间？答：一次雷电放电常包含多次重复冲击放电。根据约6000个实测记录统计，55%的落雷包含两次以上的冲击，3 5 次冲击占 25%， 10 次冲击以上占 4%；平均重复 3 次，最 高记录可达 42 次。一

9、次雷电放电的总持续时间(包含多次 重复冲击放电时间)，据统计，有50%小于0.2s,大于0.62s 只占 5%。12什么是雷暴日和雷暴小时？答：雷暴日表征不同地区雷电活动的频繁程度，是指 某地区一年中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次以上 的雷声就算一个雷暴日T。根据雷电活动的频度和雷害的严 重程度，我国把年平均雷暴日数T290的地区叫做强雷区， T240的地区为多雷区，15WTW40的地区为中雷区，TW15的地区为少雷区。13球雷的机理？答：一般常见的都是线状雷电，有时在云层中能见到 片状雷电，个别情况下会出现球状雷电。球雷是在闪电时由 空气分子电离及形成各种活泼化合物而形成的火球，直径约

10、 20cm，个别可达10m，它随风滚动，存在时间约35s，个 别可达几分钟，速度约2m/s，最后会自动或遇到障碍物时发 生爆炸。防球雷的办法是关上门窗，或至少不形成穿堂风， 以免球雷随风进入屋内。二、直击雷防护SLE、避雷针1雷电对人类的生活和生产带来哪些影响？答：雷电是一种可怖而又壮观的自然现象。它给人类 的生活和生产活动带来巨大的影响，雷电促成有机物质的合 成可能在地球生命起源中占有一定的地位，以及雷电引起的 森林火灾可能启发了远古人类对火发现和利用；仅在现代生 活中，雷电威胁人类的生命安全，常使航空、通信、计算机 系统、电力、建筑等许多部门遭受破坏，一直引起人们对于 雷电活动及其防护问题

11、的关注。2雷击产生后有哪些破坏力？答：雷击会严重损害电气设备和电子设备。数十乃至 一、二百千安的雷电冲击电流，具有巨大的电磁效应、热效 应和机械效应，雷电冲击电流流过被击物体形成幅值很高的 冲击电压波，使电气设备绝缘破坏；冲击电流的电动力作用， 使被击物体炸裂；冲击电流使导线等金属物体温度突然升高 以致熔断毁坏。其中以第一种情况的破坏性最大，也是我们 主要关注的问题。由于雷击作为一种强大的自然力的爆发，目前的人类 是无法制止的。人们力所能及的主要是设法去预防和限制它 的破坏性。这就要装设防雷保护装置，采用防雷保护措施。3什么是直击雷？答：直击雷是指闪电直接击在建筑物、其它物体、大 地或防雷装置

12、上，产生电磁效应、热效应和机械效应的。4雷电放电有哪些主要电气参数？答：掌握雷电放电的电气参数，将有利于研究防止雷 害的措施。由于每次雷击放电的条件都不同，雷电的各参数 不能用一个单一的固定数值来表示，这些数值通常通过大量 的观测记录和统计方法来获得。雷电参数的主要内容有以下 各项： 雷电流的极性。云中带负电荷，它对地的放电称为 负闪电；云中带正电荷它对地的放电称为正闪电。负闪电时， 雷电流由地向云，这时的雷电流是负极性的。据统计，雷电 流大约有75%90%负极性的，而感应过电压则多数是正极 性的。 电荷量。雷云积聚的电荷量越大，则雷电的能量越 大，破坏性也就越大。 雷电流幅值。雷云的电荷击中

13、物体，在放电流入大 地时的最大雷电流幅值可达数十至数百千伏，据统计，雷电 流幅值的概率（雷电流出现的百分数）如图所示。 雷电流陡度。它是指雷电流在单位时间内上升的数 值，表示雷电流增长的速度。据统计，雷电流陡度可高达 50kA/|J s，平均陡度约为30kA/|J s。 雷电流的波形。波头时间越短，则陡度越大，对电 感元件的危害越大；波尾持续的时间越长，雷电流的能量越大，破坏力越强。据统计，通常直击雷雷电流的波头为14M s,波尾时间为10200p s。 雷电过电压。直击雷过电压主要决定于雷电流陡度 和雷电流通道的阻抗，它的大小可按下式来计算： U=IR+L （式中：I雷电流幅值kA； i随时

14、间变化的雷电流kA； R 接地电阻Q ; L雷电流通道的电感H）。5什么叫做雷击的选择性？哪些地方最容易遭受雷 击？答：雷云的形成与气象条件及地形有关，当雷云形成 之后，雷云对大地哪一点放电，虽然因素复杂多变，但客观 上仍存在一定的规律。通常雷击点选择在地面电场强度最大的地方，也就是 在地面电荷最集中的地方，从那里升起迎面先导。地面上导 电良好和地形特别突出的地方，比附近其它地方密集了更多 的电荷，那里的电场强度也就越大，成为遭受雷击的目标。在地面上特别突出的地方，离雷云最近，其尖端电场 强度最大。例如旷野中孤立的大树、高塔或单独的房屋、小 丘顶部、房屋群中最高的建筑物的尖顶、屋脊、烟囱、避雷

15、针、避雷线等，都是最容易遭受雷击的地方。在地面电阻率发生突然变化的地方，局部特别潮湿的 地方或地形突变交界边缘之处，例如河边、湖边、沼泽地、 山谷的风口等地带，也都是最容易遭受雷击的地方。凡具有一定的地形、地貌、地质等特征且容易遭受雷 击的地方称为易击点或易击段。这些情况，通常就叫做雷击 的选择性。6避雷针的发明时间和发明人？答：17441750年富兰克林进行的关于一系列实验， 例如著名的风筝实验，第一次向人们揭示了雷电只不过是一 种大气火花放电现象的秘密。1749 年富兰克林创议：接地的 高耸的尖形铁棒可以用来保护建筑物，并设计了避雷针的实 验。到 18 世纪末，避雷针获得公认，被普遍采用。7避雷针由哪几部分组成的？答：避雷针由接闪器、引下线和接地体组成。接闪器 是指直接截受雷击的避雷针的针头、避雷线、避雷带、避雷 网，以及用作接闪的金属屋面和技术构件。引下线是指连接 接闪器与接地体的金属导体。接地体是指埋入土壤中或混凝 土基础中作散流用的导体。8避雷针的保护原理是什么？答：当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变， 在避雷针的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷 电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接 地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体 免遭雷击。避雷针冠以“避雷”二字，仅仅是指其能使被保护物 体避免雷害的意思