雷电形成原理及雷电灾害防御措施

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1、雷电形成原理及雷电灾害防御措0121011350418 电气 1004 班 肖垚摘要雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的 放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴 有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一 般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的淞附，水滴的 破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较 复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。 因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程 度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平 均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压

2、很高， 约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦， 相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪电通道 中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈 的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发 生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣 声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣C关键字：闪电雷鸣放电对流电荷电位差雷电：雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的 放电现象。产生雷电的条件是雷雨云中有积累并形成极性。雷电的形成：雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后， 由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度

3、降低，产生上升 运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成 云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形 成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附 空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷 和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这 些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定 程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电 荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿形成 一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热， 体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是

4、雷声。2、雷击灾害的 形成 云内和云与云之间的放电，叫云间闪电或云闪，云与大地之间 的放电，叫云地闪电或地闪。云闪因其不能到达地面，一般不会对 人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。地闪发生 时，产生的雷电流从云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即 雷击灾害。当雷电流从云中泄放到大地时，直接打在建筑物、构筑 物及人畜身上，产生电效应、热效应和机械力，造成毁坏和伤亡， 称之为“直击雷”；当雷电流从云中泄放到大地时，在其泄放通道周 围产生电磁感应向外传播或直接通过导体传导，导致在影响范围内 的金属部件、电子元件和电气装置，受到电磁脉冲的干扰而毁坏， 称之为“雷击电磁脉冲”。雷电活动

5、规律及雷击的选择：（1）我国年平均雷电日数按地理环境的分布a. 南方多于北方；b. 内陆多于沿海；山地多于平原；d、在其它条件相同时，土壤导电性较差的地区雷电活动较弱。（2 ）雷击与地质条件的关系a. 电阻率小的土壤，导电性好，易积聚大量电荷，为雷电流 提供低阻抗通道；b. 闪电放电通道常常不是直线，而是曲曲折折的；c. 地下埋有金属导电矿床处，金属管线较密集的地方易落雷；d. 地下水位高、矿区、小河沟、地下水出口处易受雷击。（3）雷电活动与地形、地物的关系a. 在距地面二三十米的突出物上方发生雷击的概率最大；b. 对靠山和临水的地区，临水一面的地洼潮湿地和山口、 风口、顺风的河谷的特殊地形构

6、成的雷暴走廊的地方易受雷击；c. 电线杆、铁路、架空电线和避雷针（线、带、网）接地引 下线都是雷雨云对地放电的最佳通道。雷电的危害种类：根据雷电产生和危害特点的不同，雷电危害可以分为直击雷、雷 电感应、雷电波侵入以及比较少见的球形雷等。直击雷：当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑 物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或 爆炸。另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这 时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从 而造成火灾或人身伤亡。雷电感应:雷电感应又称感应雷，它又分为静电感应和电磁感应。 静电感应是雷云接近地面时，在地面凸出物的顶

7、部感应出大量异性 电荷，在雷云与其他部位或其他雷云放电后，凸出物顶部电荷失 去束缚，并以雷电波的形式高速传播而形成的。电磁感应是发生雷击 后，雷电流在周围空间产生的迅速变化的强磁场在附近金属导体上 感应出很高的电压形成的。雷电波侵入：由于雷击，在架空线路或空中金属管道上产生的 冲击电压沿线路或管道的两方向迅速传播的雷电波称为雷电波入 侵。其传播速度为300 m/p s（在电缆中为150 m/p s）。球形雷：多在强雷暴雨时闪电最频繁的时候出现。球雷火球可 辐射出大量的热能，因此它的烧伤力比破坏力要大。雷电的防护常识：1. 雷电击中人体的征兆当你站在一个距雷击较近的地方如高闪 上，如果感觉到毛发

8、竖立，皮肤有轻微的刺痛，这就是雷电快要击 中你的征兆。遇到这种情况，你应立即弃去身上所有金属物，并马上 蹲下来，身体倾向前，把手放在膝盖上，曲成一团，千万不要平躺 在地上。2. 雷电容易袭击的对象一一雷击的选择性雷击具有明显的选择 性。高大和突出的建筑物，容易导电的物体，潮湿地带以及容易导 电的地层等，受雷击的可能性较大。建筑物遭雷击是常事，建筑 物越高，顶部越尖，遭雷击的机会就越多。雷击也经常发生在水 位高和特别潮湿的地带，如河床、池沼、盐场、苇塘等处。地下水出 口和金属管线集中的交叉地点，铁路集中的枢纽、铁路终端和高架 输电线的拐角处也容易落雷。此外，收音机天线、电视机天线和屋 顶上的各种

9、金属突出物，如旗杆等，较易接闪。3. 人体遭雷击后的急救人体遭雷击后，流过人体的电流会使人 的心脏停止跳动，呼吸停止，这时应尽快做人工呼吸和心脏按摩进 行抢救。在抢救过程中，要注意给受害者取暖，以减少体能的消耗。 进行人工呼吸和心脏按摩必须连续进行，中间不能停顿，直至受 害者能够完全恢复呼吸和心脏跳动或者证实死亡为止。如果一群人 被雷击，应先抢救那些无法发出声息的人。雷电益处：第一：负氧离子增多，改善空气质量。一场雷雨过后，空气中的 气体分子在雷电的作用下，能够离解出带负电的负氧离子，对人体 健康非常有利。第二：缓解高温干旱。一般来说夏季我市处于副热带高压的控 制下，天气持续晴热少雨彳主彳主产

10、生一定程度的旱情,雷阵雨天气所 带来的降水，对于缓解旱情、湿润气候、改善环境都有一定的好处。 而且雷阵雨天气的发生，一般也意味着高空有冷空气渗透，副热带 高压处于不稳定状态，在一场雷阵雨过后，滚滚热浪也将得到一定 程度的缓解。第三：固氮增肥。在雷电的放电作用下空气中的氮气和氧气发 生反应，生成的硝酸与土壤接触生成硝酸盐，可以被植物当作氮肥 吸收，所以也有雷雨发庄稼之说。据统计，一年当中地球上每一 公顷土地都可获得几公斤这种从高空来的免费肥料。雷电灾害的防御措施：1. 雷暴距离的判断雷暴产生时，闪电和雷声是同时发出的，由 于光在空气中的传播速度是每秒30万千米，而声音的速度是每秒 340米，那么

11、，我们可以根据看到闪电和听到雷声之间的间隔时间 来计算落雷点与人之间的距离。如果间隔时间是5秒钟，表示雷击 发生在离人约1700米左右的位置；如果是1秒钟，也就是一眨眼 的时间就听见雷声，说明雷击位置就在人附近300米左右。当遇到 雷暴天气时，我们可以记住每次听到雷声与看见闪电的时间间隔是 越来越长，还是越来越短，以此来判断雷暴是 逐渐远离，还是即 将临近，从而采取一定的防范措施。2. 雷电伤人的几种方式及急救措施雷电对人的伤害方式，归纳 起来有四种形式，即：直接雷击、接触电压、旁侧闪击和跨步电压。雷电对人的危害与普通高压线路危害类似，只是危害程度更严重， 因此一旦发生这种情况，要立即对伤者进

12、行抢救。人被雷击中后， 雷电电流通过人体泄放到大地是一个很短暂的过程，伤者身上是不带 电的，这 时不必担心施救者被电击。急救措施也类似于被电击后的 急救方法，将伤者平躺在地，在进行口对口的人工呼吸，同时要做 心外按摩。另外，要立即呼叫急救中心，由专业人员对受伤者进行有 效的处置和抢救。3. 防止雷击的措施（1）室外防雷根据发生雷击灾害的规律及原理，孤立的物体或 者物体的突出部位容易遭受雷击，因此，户外防雷应注意：a. 在空旷地区，不要进入临时性的棚屋、岗亭等无避雷设施的 建筑物内。b. 不可躲在大树下避雨，若不得已需要在大树下停留，必 须与树干和枝丫保持两米以上距离，并尽可能下蹲，双脚并拢。.

13、不要触摸金属或潮湿物体，随身携带的金属物件（项链、耳 环等）也应尽量移开身体，以免成为引雷的介质。d. 不宜使用移动电话和电子仪器。e. 不宜在旷野高举或肩扛雨伞、铁锹等高于身体的尖状物。f. 在户外活动的人应尽快回屋或躲进汽车内。（2）室内防雷 室内发生雷击事故一般都是雷电流通过雷击电磁 脉冲的形式对电器和人造成危害因此，室内防雷应注意：a. 要关闭好门窗，防止直接雷击和球形雷的入侵，尽量远离门 窗、阳台和外墙壁。b. 雷雨期间不要使用任何家用电器，包括：电视、电脑、电 冰箱、洗衣机、微波炉等，切断电源，特别注意电视信号线和电脑 网线（这两根线较隐蔽，容易忽视）。.雷雨期间不要打电话，如必须

14、打时要使用免提功能。d.不要在家里洗澡，更不要使用太阳能热水器洗澡。雷电防护工程的重要意义：由于造成雷击灾害的形式不同，防御雷电采取的措施也不同，目 前的防雷工作主要有两类一类是建筑物防雷，防御直接雷击，由接 闪器、引下线、接地装置三部分组成，在建筑物顶部安装避雷针、 避雷带或避雷网等接闪器，并通过引下线与接地装置连接，达到保护 建筑物不受直接雷击的目的，另外还将建筑物内部的金属管道、金 属门窗、吊顶龙骨与引下线连接，有效保护建筑物内部安全；一类 是信息系统防雷，防御雷击电磁脉冲，在电路线、信号线及天馈线上 穿接避雷器，并通过引下线与接地装置连接，这样一旦有雷电流侵 入，能通过避雷器迅速泄入大

15、地，从而保护电子设备不受损害。对 于智能建筑物，则采取综合防护措施，既防御直接雷击，也防御雷击 电磁脉冲。值得注意的是，不管防护措施做得有多好，也不可能10 0%的防御雷击，只能将雷击灾害降低到最低限度。而对雷暴本身产 生的冲击波是没有办法防御的，只能将建筑物的牢固度、抗震性提高 到最高限度，才能避免雷暴冲击波的影响。相关知识1 .雷暴的时间分布参数雷暴日表征不同地区雷暴活动的频繁程度。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。雷暴日的统计通常分月 雷暴日、季雷暴日和年雷暴日等。平均雷暴日分平均月雷暴日、平均季

16、雷暴日和平均年雷暴日。平均 月雷暴日指月雷暴日的多年平均结果，单位天；它进一步反映全年各 个月份雷暴活动日数 的多年平均情况。平均季雷暴日是指季雷暴日的 多年平均结果，单位天。平均年雷暴日是指年雷暴日的多年平均结果， 单位天。它反映一个地区雷暴的活动日的多年平 均情况，更接近实 际，在雷暴气候统计中常被使用。雷暴小时 雷暴时：日雷暴时、月雷暴时、季雷暴时和年雷暴时。平 均雷暴时：平均日雷暴时、平均月雷暴时、平均季雷暴时、平均年雷暴 时。逐时年雷暴时：逐时年雷暴时和平均逐时年雷暴时。雷暴月雷暴月，年雷暴月，平均雷暴月雷暴季节雷暴季节，平均雷暴季节雷暴持续时期和平均雷暴持续时期闪电持续时间与雷暴日的关系闪电引起输电线的故障与雷暴的持 续时间较为密切。Kopolansky和Laitinen( 1972)根据前苏联