雷电放电雷电放电 1. 雷电科学发展历史雷电科学发展历史n n中国古代对雷电的认识中国古代对雷电的认识中国古代对雷电的认识中国古代对雷电的认识n n公公公公元元元元前前前前15001500年年年年殷殷殷殷商商商商甲甲甲甲骨骨骨骨文文文文中中中中就就就就有有有有“ “雷雷雷雷” ”字字字字，，，，稍稍稍稍晚晚晚晚的的的的西西西西周青铜器上有周青铜器上有周青铜器上有周青铜器上有“ “电电电电” ”字，他指的是闪电字，他指的是闪电字，他指的是闪电字，他指的是闪电n n最最最最早早早早的的的的文文文文字字字字记记记记载载载载时时时时东东东东汉汉汉汉哲哲哲哲学学学学家家家家王王王王充充充充（（（（2727－－－－约约约约9797年年年年））））他他他他在在在在《《《《论论论论衡衡衡衡》》》》中中中中对对对对雷雷雷雷电电电电进进进进行行行行了了了了描描描描述述述述“ “雷雷雷雷者者者者火火火火也也也也以以以以人人人人中中中中雷雷雷雷而死，即询其身，中火则须发烧焦而死，即询其身，中火则须发烧焦而死，即询其身，中火则须发烧焦而死，即询其身，中火则须发烧焦 ” n n故宫：雷公柱故宫：雷公柱故宫：雷公柱故宫：雷公柱2 uu公公公公元元元元490490年年年年《《《《南南南南齐齐齐齐书书书书》》》》记记记记载载载载“ “雷雷雷雷震震震震会会会会稽稽稽稽山山山山阴阴阴阴恒恒恒恒山山山山保保保保林林林林寺寺寺寺，，，，刹刹刹刹上上上上四四四四破破破破，，，，电电电电火火火火烧烧烧烧塔塔塔塔下下下下佛佛佛佛面面面面，，，，而而而而窗窗窗窗户不弄也户不弄也户不弄也户不弄也” ”uu雷雷雷雷电电电电是是是是神神神神灵灵灵灵，，，，多多多多惩惩惩惩罚罚罚罚暴暴暴暴君君君君，，，，百百百百姓姓姓姓中中中中的的的的恶恶恶恶人人人人。
如如如如鲁鲁鲁鲁僖僖僖僖公公公公1515年年年年（（（（公公公公元元元元前前前前645645年年年年））））雷雷雷雷击击击击夷夷夷夷伯伯伯伯之之之之庙庙庙庙，，，，这这这这是是是是展展展展氏氏氏氏的的的的祖祖祖祖庙庙庙庙，，，，史史史史书书书书未未未未见见见见说说说说展展展展氏氏氏氏有有有有什什什什么么么么罪罪罪罪恶恶恶恶事迹，但《左传》就认为他们祖上有事迹，但《左传》就认为他们祖上有事迹，但《左传》就认为他们祖上有事迹，但《左传》就认为他们祖上有“ “阴过阴过阴过阴过” ”3 uu但但但但王王王王充充充充、、、、沈沈沈沈括括括括、、、、柳柳柳柳宗宗宗宗元元元元、、、、朱朱朱朱熹熹熹熹等等等等反反反反对对对对神神神神鬼鬼鬼鬼论论论论元元元元代代代代末末末末刘刘刘刘基基基基（（（（刘刘刘刘伯伯伯伯温温温温））））（（（（13111311－－－－13751375））））在在在在《《《《刘刘刘刘文文文文正正正正公公公公文文文文集集集集》》》》中中中中讲讲讲讲“ “雷雷雷雷何何何何物物物物也也也也？？？？曰曰曰曰雷雷雷雷者者者者，，，，大大大大气气气气之之之之郁郁郁郁而而而而激激激激发发发发也也也也，，，，阴阴阴阴气气气气团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电。
团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电 ”uu中中中中国国国国古古古古代代代代的的的的认认认认识识识识只只只只停停停停留留留留在在在在观观观观察察察察自自自自然然然然界界界界，，，，作作作作理理理理性性性性思思思思辨辨辨辨，，，，而而而而没没没没有有有有动动动动手手手手制制制制造造造造仪仪仪仪器器器器，，，，变变变变革革革革所所所所研研研研究究究究的的的的对对对对象象象象，，，，进进进进行行行行试试试试样样样样工作，寻找其规律，因而无法前进工作，寻找其规律，因而无法前进工作，寻找其规律，因而无法前进工作，寻找其规律，因而无法前进uu我国古庙的防雷措施我国古庙的防雷措施我国古庙的防雷措施我国古庙的防雷措施4 uu沈沈沈沈括括括括（（（（10311031－－－－10951095年年年年））））在在在在《《《《梦梦梦梦溪溪溪溪笔笔笔笔谈谈谈谈》》》》中中中中有有有有详详详详细细细细的的的的描描描描述述述述“ “内内内内侍侍侍侍李李李李舜舜舜舜举举举举家家家家曾曾曾曾为为为为雷雷雷雷暴暴暴暴所所所所震震震震，，，，其其其其堂堂堂堂之之之之西西西西屋屋屋屋，，，，雷雷雷雷火火火火自自自自窗窗窗窗间间间间出出出出，，，，赫赫赫赫然然然然出出出出檐檐檐檐。
人人人人以以以以为为为为堂堂堂堂屋屋屋屋已已已已焚焚焚焚，，，，皆皆皆皆出出出出避避避避之之之之及及及及雷雷雷雷止止止止，，，，其其其其舍舍舍舍宛宛宛宛然然然然，，，，墙墙墙墙壁壁壁壁窗窗窗窗纸纸纸纸阶阶阶阶黔黔黔黔有有有有一一一一木木木木格格格格，，，，其其其其中中中中杂杂杂杂储储储储诸诸诸诸器器器器，，，，其其其其漆漆漆漆器器器器银银银银扣扣扣扣者者者者，，，，银银银银悉悉悉悉熔熔熔熔流流流流在在在在地地地地，，，，漆漆漆漆器器器器皆皆皆皆不不不不焦焦焦焦灼灼灼灼有有有有一一一一宝宝宝宝刀刀刀刀，，，，极极极极坚坚坚坚钢钢钢钢，，，，就就就就刀刀刀刀室室室室中中中中熔熔熔熔为为为为汁汁汁汁，，，，而而而而室室室室亦亦亦亦俨俨俨俨然然然然人人人人必必必必谓谓谓谓火火火火当当当当先先先先焚焚焚焚草草草草木木木木，，，，然然然然后后后后流流流流金金金金石石石石今今今今乃乃乃乃金金金金石石石石皆皆皆皆铄铄铄铄而而而而草草草草木木木木无无无无一一一一毁毁毁毁者者者者，，，，非非非非人人人人情情情情所所所所测测测测也也也也佛佛佛佛书书书书云云云云，，，，龙龙龙龙火火火火得得得得水水水水而而而而炽炽炽炽，，，，人人人人火火火火得得得得水水水水而灭，此理亦然。
而灭，此理亦然而灭，此理亦然而灭，此理亦然 ”5 n n欧美雷电科学的建立欧美雷电科学的建立n n17世纪欧洲发现了正电和负电世纪欧洲发现了正电和负电n n第第一一个个将将实实验验室室人人工工产产生生的的电电（（可可称称为为地地电电））与与闪闪电电联联系系起起来来的的是是伦伦敦敦皇皇家家学学会会馆长馆长Francis Hauksbeen n1706170617061706年年年年他他他他观观观观察察察察摩摩摩摩擦擦擦擦起起起起电电电电的的的的放放放放电电电电不不不不仅仅仅仅产产产产生生生生闪闪闪闪电电电电，，，，而而而而且产生类似雷鸣的声音认为其与雷电类似且产生类似雷鸣的声音认为其与雷电类似且产生类似雷鸣的声音认为其与雷电类似且产生类似雷鸣的声音认为其与雷电类似n n富兰克林证明二者在富兰克林证明二者在12个方面是相似的个方面是相似的6 n n著著著著名名名名的的的的风风风风筝筝筝筝试试试试验验验验（（（（1717世世世世纪纪纪纪，，，，富富富富兰兰兰兰克克克克林林林林））））：：：： 240240240240米米米米长的缠绕钢丝的麻绳上产生长的缠绕钢丝的麻绳上产生长的缠绕钢丝的麻绳上产生长的缠绕钢丝的麻绳上产生20202020cmcmcmcm的电火花的电火花的电火花的电火花n n著著著著名名名名科科科科学学学学家家家家G G W W RichmanRichman（（（（17111711－－－－17531753））））（（（（彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡彼得堡科学院院士）观察雷电而死亡n n高高高高速速速速摄摄摄摄影影影影、、、、记记记记录录录录示示示示波波波波器器器器、、、、雷雷雷雷电电电电定定定定向向向向定定定定位位位位仪仪仪仪等等等等现现现现代代代代化测量技术化测量技术化测量技术化测量技术n n 欧美雷电科学的建欧美雷电科学的建立立7 2.雷电放电过程雷电放电过程n n基本过程：先导放电阶段基本过程：先导放电阶段基本过程：先导放电阶段基本过程：先导放电阶段 ；主放电阶段；主放电阶段；主放电阶段；主放电阶段1 1 先导放电通道；先导放电通道；先导放电通道；先导放电通道；2 2 强游离区；强游离区；强游离区；强游离区；3 3 主放电通道主放电通道主放电通道主放电通道30kV/cm8 2.雷电放电过程雷电放电过程n n分分分分级级级级先先先先导导导导：：：：多多多多次次次次先先先先导导导导 主主主主放放放放电电电电的的的的重重重重复复复复过过过过程程程程，，，， 每每每每次次次次间间间间歇歇歇歇时时时时间为几十毫秒，放电次数一般为间为几十毫秒，放电次数一般为间为几十毫秒，放电次数一般为间为几十毫秒，放电次数一般为2~32~3次，最多为４０次次，最多为４０次次，最多为４０次次，最多为４０次9 10 uu雷电放电由带电荷的雷云引起雷电放电由带电荷的雷云引起雷电放电由带电荷的雷云引起雷电放电由带电荷的雷云引起uu云层放电－放电发生在雷云之间云层放电－放电发生在雷云之间云层放电－放电发生在雷云之间云层放电－放电发生在雷云之间uu对地放电－放电发生在雷云和大地之间对地放电－放电发生在雷云和大地之间对地放电－放电发生在雷云和大地之间对地放电－放电发生在雷云和大地之间uu对地放电的雷云大多数带负电荷，实测对地放电的雷云大多数带负电荷，实测对地放电的雷云大多数带负电荷，实测对地放电的雷云大多数带负电荷，实测7575％～％～％～％～9090％％％％uu 理解以下几点：理解以下几点：理解以下几点：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雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放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被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积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从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程从电源性质看，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人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流11 雷电放电基本参数雷电放电基本参数n n先导放电平均速度：先导放电平均速度：先导放电平均速度：先导放电平均速度：1.5x101.5x105 5m/sm/s，数百安，数百安，数百安，数百安n n主放电：主放电：主放电：主放电：2x102x107 7~1.5x10~1.5x108 8m/sm/s，几十，几十，几十，几十~~几百安几百安几百安几百安12 雷电的能量和功率雷电的能量和功率n n雷雷雷雷电电电电的的的的瞬瞬瞬瞬时时时时功功功功率率率率很很很很大大大大，，，，但但但但能能能能量量量量却却却却很很很很小小小小。
以以以以中中中中等等等等雷雷雷雷电电电电为为为为例例例例：：：：雷云电位雷云电位雷云电位雷云电位50MV50MV，电荷，电荷，电荷，电荷Q=8CQ=8C，则其能量为：，则其能量为：，则其能量为：，则其能量为：n n55kWh55kWh电电电电能能能能，，，，约约约约等等等等于于于于4kg4kg汽汽汽汽油油油油每每每每平平平平方方方方公公公公里里里里每每每每年年年年落落落落雷雷雷雷0.60.6次次次次，，，，获获获获得得得得的的的的雷雷雷雷电电电电能能能能量量量量为为为为33kWh33kWh，，，，而而而而每每每每平平平平方方方方公公公公里里里里长长长长年年年年的的的的功功功功率不足率不足率不足率不足4W4W，不足以点亮一个灯泡，不足以点亮一个灯泡，不足以点亮一个灯泡，不足以点亮一个灯泡n n瞬瞬瞬瞬时时时时功功功功率率率率：：：：I=50kA,I=50kA,弧弧弧弧道道道道压压压压降降降降E=6kV/mE=6kV/m，，，，雷雷雷雷云云云云1000m1000m高度计，则主放电功率高度计，则主放电功率高度计，则主放电功率高度计，则主放电功率P P为：为：为：为：13 雷电的能量和功率雷电的能量和功率n n雷电的热效应：雷电通道温度雷电的热效应：雷电通道温度15000~ 20000oC，可引起森林大火，，可引起森林大火，熔断熔断16mm钢筋；钢筋；n n雷电的机械效应：气体膨胀爆炸，雷电的机械效应：气体膨胀爆炸， 热热应力，电动力应力，电动力n n雷电造成的事故：黄岛油库雷电造成的事故：黄岛油库14 雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型n n开关开关开关开关S S闭合前后对应不同的雷闭合前后对应不同的雷闭合前后对应不同的雷闭合前后对应不同的雷电放电阶段（先导放电和主电放电阶段（先导放电和主电放电阶段（先导放电和主电放电阶段（先导放电和主放电），放电），放电），放电），A A点电位发生变化，点电位发生变化，点电位发生变化，点电位发生变化，从零突升到从零突升到从零突升到从零突升到u=u=i iZ ZZ Zj j n n先导放电通道具有分布参数先导放电通道具有分布参数先导放电通道具有分布参数先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波特征，称为雷电通道，其波特征，称为雷电通道，其波特征，称为雷电通道，其波阻抗为阻抗为阻抗为阻抗为Z Z0 0(300(300 ) )n n主放电过程，自雷云通过雷主放电过程，自雷云通过雷主放电过程，自雷云通过雷主放电过程，自雷云通过雷电通道向地面传播的电磁波电通道向地面传播的电磁波电通道向地面传播的电磁波电通道向地面传播的电磁波（（（（u u0 0、、、、i iL L）到达）到达）到达）到达A A点点点点15 雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型n n能够测知的电量，主要是流过被击物的电流。
跟据计算能够测知的电量，主要是流过被击物的电流跟据计算能够测知的电量，主要是流过被击物的电流跟据计算能够测知的电量，主要是流过被击物的电流跟据计算模型（电流源模型）推出雷电波的参数模型（电流源模型）推出雷电波的参数模型（电流源模型）推出雷电波的参数模型（电流源模型）推出雷电波的参数n n国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流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定义为雷电流定义为雷电流定义为雷电流iLZ0ZjA雷电流源被击电路16 电压等值电路：电压等值电路：电压等值电路：电压等值电路：Z0ZjAiLZ0上述两种电路没有实际的物理意义上述两种电路没有实际的物理意义上述两种电路没有实际的物理意义上述两种电路没有实际的物理意义, ,只是为只是为只是为只是为防雷计算提供一种供计算方法防雷计算提供一种供计算方法防雷计算提供一种供计算方法防雷计算提供一种供计算方法. .17 彼得逊等值电路为：彼得逊等值电路为：彼得逊等值电路为：彼得逊等值电路为：Z0ZjA18 雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据n n雷电流的波形和极性雷电流的波形和极性雷电流的波形和极性雷电流的波形和极性n n 75%~90% 75%~90%为负极性为负极性为负极性为负极性n n波形参数：波形参数：波形参数：波形参数：n n波波波波头时间头时间头时间头时间：：：：1-51-5 s sn n波波波波长时间长时间长时间长时间：：：：20~10020~100 s s，平均，平均，平均，平均5050 s s，大于，大于，大于，大于5050 s s 的的的的为为为为18~30%18~30%n n我国在防雷保我国在防雷保我国在防雷保我国在防雷保护护护护中采用的波形：中采用的波形：中采用的波形：中采用的波形：2.6/502.6/50 s sn n55%55%的落雷包含两次以上冲击，的落雷包含两次以上冲击，的落雷包含两次以上冲击，的落雷包含两次以上冲击，3-53-5次冲击占次冲击占次冲击占次冲击占25%25%，，，，1010次以上占次以上占次以上占次以上占4%4%，平均重复，平均重复，平均重复，平均重复3 3次，最高纪次，最高纪次，最高纪次，最高纪录可达录可达录可达录可达4242次次次次19 雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据20 雷电参数的统计数据雷电参数的统计数据uu雷电流幅值的概率分布雷电流幅值的概率分布雷电流幅值的概率分布雷电流幅值的概率分布n n现行标准：现行标准：现行标准：现行标准：n n陕南以外的西北地区及内蒙古：陕南以外的西北地区及内蒙古：陕南以外的西北地区及内蒙古：陕南以外的西北地区及内蒙古： uu雷电流的平均陡度和幅值线性相关雷电流的平均陡度和幅值线性相关雷电流的平均陡度和幅值线性相关雷电流的平均陡度和幅值线性相关21 雷电参数的统计数据n n雷电日和雷电小时：不足雷电日和雷电小时：不足15日为少雷区，超日为少雷区，超过过40的为多雷区，超过的为多雷区，超过90的为强雷区的为强雷区 n n地面落雷密度：地面落雷密度： T Td d：雷电日数：雷电日数：雷电日数：雷电日数n n我国取我国取 =0.07(40雷电日雷电日)，国外一般取，国外一般取0.1-0.222 雷电流的等值波形雷电流的等值波形双指数波双指数波双指数波双指数波 三角波三角波三角波三角波斜角波斜角波斜角波斜角波 余弦波余弦波余弦波余弦波23 雷电流的测量和雷击选择性雷电流的测量和雷击选择性n n采采用用磁磁钢钢棒棒，，罗罗果果夫夫斯斯基基线线圈圈，，雷雷电电定位系统定位系统n n易击区易击区n n空旷地区：雷击高的物体空旷地区：雷击高的物体n n山区：有时山顶物体，有时迎风面山区：有时山顶物体，有时迎风面n n与地质条件有关：地质有矿物质与地质条件有关：地质有矿物质24 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 25 接地物体对雷电先导的影响接地物体对雷电先导的影响n n定向高度定向高度n nh h 30m30m时，时，时，时，H=20hH=20hn nh>30mh>30m时，时，时，时，H=600mH=600m 26 接地物体对雷电先导的影响接地物体对雷电先导的影响n n定向高度定向高度n nh h 30m30m时，时，时，时，H=20hH=20hn nh>30mh>30m时，时，时，时，H=600m H=600m 27 3.国际上关于雷电的研究国际上关于雷电的研究n nLEMP的研究的研究n n雷电活动的监测雷电活动的监测n n雷电的二次效应雷电的二次效应n n人工雷电的产生级火箭引雷人工雷电的产生级火箭引雷28 。