雷电先导中光电离效应加速雷电流上升率的机理研究
雷电形成的原因
能力相适应。根据系统的特点，发射中心的各子系统分别采用浮地、单点接地和多点接地方式。为防止雷电感应在间隙处产生火花放电，
塔顶旋转平台及火箭外围自行塔的所有门窗都应各设两个电气搭接（在两金属表面间建立低阻抗通路），以有利于释放旋转平台可能产
生的静电积聚。
⑦地下核爆炸试验系统的防护。地下核爆炸试验系统的塔架应设良好的接地（如在塔基周围敷设长达40米的垂直电极群，直到地下水
面以下4～5米深）；通往地下核爆炸装置的各种导线应采用屏蔽层，且应实行可靠的搭接和接地等。
感应雷和侵入波，对发电机的雷电侵入波防护，采用旋转电机专用避雷器，并配以金属屏蔽电缆和电缆首端的避雷器及其前方的避雷针
或避雷线保护段组成的进线保护段。输电线路用避雷线保护。
③通信系统的防护。通信明线一般不设直击雷保护。对地下通信电缆，依电缆的重要程度和土壤电阻率的大小，在电缆上方采取不
同的屏蔽线方式。波通信站、卫星地面站、雷达站、广播台、电视台等的防雷措施基本相同，其措施有：天线防雷，宜设直击雷保护，
会闯入室内。浓密的积雨云由许多云朵组成，聚集着大量的正负电荷。通常是云层上部带正电荷，云层下部带负电荷。这样，同种相斥、
异种相吸，在地面就感应出大量正电荷。当云中的电荷越聚越多，达到一定数量时，云与地面间的空气层就会被击穿，强行汇合。这时，
伴随着极强的电流，空气被烧得炽热，就会发出耀眼的白光，产生电火花。
闪电是发生在积雨云层中的一种放电现象。最常见的是线状闪电，有的像大树枝丫，有的弯曲如蛇；有时单条出现，有时双条出现。
还有链状闪电，它像一条光链在空中挥舞，不时改变开头和位置。此外，还有片状闪电。这种闪电是一片片地散布在空中，照亮了周围
雷电形成与防雷机理
雷电形成与防雷机理摘要本文对雷电的形成及防雷机理进行论述，分析富兰克林避雷针存在的问题，并对防雷技术和“消雷”技术的探讨中，提出从古人的自然消雷系统及地磁场、空间电场及大气空间场去研究和完善防雷技术。
关键词雷云、引雷、消雷、探讨概述雷电这一自然现象，瞬变万千。
古人以阴阳平衡之理论来认识这一自然现象，其理论与之千年的实践，与现代实证性科学相比，有着相当的科学内涵。
随着人类社会的进步，科学技术的发展，人们对雷电这一自然现象有了新的认识，其理论和防雷实践都在不断的完善。
自从240年前富兰克林避雷针问世，其顺应雷云放电规律，创造优先放电条件，使防雷实用技术进入一个崭新的阶段。
在几百年的应用中，均取得了良好的效果，但随着科学技术的进步，富兰克林避雷针在实际应用中，因其自身仍存在不完善和难以解决的诸多问题。
针对其存在的问题，国内外的防雷专家进行了大量的研究工作，研制诸多种防雷装置去完善富兰克林避雷针的不足，就其实用性和可靠性，仍需在今后的实践中去完善。
因此国内外部分防雷专家从“消雷”这一课题入手去研究防雷技术，并进行了一定的工程实验，取得大量的技术数据，也为该项技术的研究起到一定的推动作用，但至今其仍是一种研究中的技术，仍有待在今后工作中从理论和实践中去研究和探索，以创新和发展防雷技术。
1．雷电形成在讨论雷电形成之前，首先讨论雷云的产生。
当太阳把地面晒得很热时，地面水份部分转化为蒸汽，同时地面空气受热变轻而上升，上升汽流中的水蒸汽在上空遇冷凝成小水滴。
此外，当水平移动的冷暖气流相遇时，冷气团下降，暖气团上升，水汽在高空中凝成水滴，形成宽度达几公里的锋面积云。
这种积云易形成较大范围的雷害，当云中悬浮的水滴很多时便成为乌云。
乌云的起电机理有三种理论，各能解释一定的现象。
其三种理论分别为，水滴破裂效应，水滴冻冰效应，吸收电荷效应。
笔者认为前两种解释有其一定的局限性，而从火花放电发展机理去解释，乌云起电机理采用吸收电荷效应理论来阐述更容易理解。
雷电的形成机理及特征
第一节雷电的形成机理雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象，对人类的生产和生活有着巨大的影响。
那么，我们先从认识雷电谈起。
我国古籍中，有关雷电理论的记载十分丰富。
例如东周时《庄子》上记述：“阴阳分争故为电，阳阴交争故为雷，阴阳错行，天地大骇，于是有雷、有霆。
”这些学说与现代的雷电学说是如此相似，不过它比现代雷电学说要早2000 多年。
在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。
南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述：“凌云台南角一百步，有白石室，名避雷室。
”又有盛弦之《荆州记》中记述：“湖阳县春秋蓼国，樊重之邑了，重母畏雷，为立石室，以避之，悉之文石为阶砌，至今犹存。
”书中谈及的白石、文石，据分析应该属于绝缘性能较好的石块。
至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代称枨杆）等措施以避雷。
在古籍中关于雷击事故的记述就更多了，例如在《续晋阳春秋》上记述：“太元五年，霹雳含殿四柱，杀内侍二人。
”《晋安帝记》上记述：“义熙三年六月，震太庙鸱尾，彻壁柱，若有文字。
”《晋中兴书征祥说》上记述：“元兴三年，永安王皇后至住巴防，将设威仪入宫，天大雷震，人马多死。
”《沈括?梦溪笔谈》上记述：“内侍李舜举家为暴所震，其堂之西屋雷火自窗间出，赫然出檐。
人以为堂屋已焚，皆出避之。
及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆默。
有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银铝者，银悉容流在地，漆器不燃灼。
有一宝刀，极坚刚，就刀室中容为汁。
而室亦俨然。
人必谓：当先焚草木，然后流金石，今乃金石皆烁而草木无一毁者，非人情所测。
《齐书?五行志》：“永元三年正月，豫章郡，天火烧三千余家。
”以上只是我国古籍关于雷电灾害中的点滴摘录，当然它与现代雷电理论和防雷技术相比还有差距，但是从历史观点来看，我们的祖先能够在那么早的年代里就创造出那样完整的雷电理论，并且在技术上得到应用，这是我们民族光辉灿烂文化历史的一页。
1.1 雷电的特征雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象，同时伴随有雷声，具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。
雷电学原理知识
雷电学原理知识 The manuscript was revised on the evening of 2021雷电学原理知识1雷电:是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象.雷雨云是产生雷电的先决条件2雷雨云的三个阶段: 形成阶段成熟阶段消散阶段3雷雨云起电的原理: 1 水滴破裂效应2 吸电荷效应3 水滴冰冻效应 4 温差起电效应4 大多数雷电放电发生在雷云之间(或雷云内部),当两块雷云的异性电荷集中区之间的电场强度超过这里的空气绝缘强度时,雷云之间就会发生放电.雷云对地放电过程,可分三阶段,即先导放电阶段,回击阶段和余晖阶段.1 先导放电阶段带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出反极性的电荷.雷云下部的电荷大多数是负极性的,因此在地面上感应出的电荷多为正极性的电荷.2回击阶段下行先导通道发展到临近地面时,由于其头部与地面物体之间的距离很短,场强可达到非常高的数值,使得这里的空气急剧游离,从而把先导通道中的负电荷与地面或地面物体上的正电荷接通,正负电荷分别向上和向下运动,去中和各自异性电荷,于是就开始了回击阶段.回击也称为主放电.4云间放电:由于电荷的不断积累,不同极性的云块之间的电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就会形成云间放电5闪:不同极性的电荷通过一定的电离通道,互相中和,产生强烈的光和热的现象.既:放电通道中所产生的强光.雷: 在放电通道中所发生的热,迫使附近的空气突然膨胀,发出的巨大轰鸣声.6 雷电放电的重复性:一次雷电平均包括三、四次放电,第一次在雷云的最底层放电,重复的放电都是沿着第一次放电的通路发展的,随后的放电都是从较高的云层或相邻区发生.7 雷电放电的强度: 200—300KA 最高430KA8雷电产生的效应: 热效应电效应机械效应9闪电的种类: 1 片状雷电,云间放电多为片状雷. 2 线状雷电,雷云与大地之间的放电,多以线状的形式,通常雷云下部带负电,上部带正电.由于雷云的负电效应,使附近的地面感应出大量正电荷,所以地面带正电荷. 带状雷电线状雷的一种,是在闪电的过程中恰巧有水平大风吹过闪电通道,将几次线状闪电的放电通道吹分开来,肉眼看闪电通道变宽.3 球状雷电彩色的火焰状球体,表现为100-300mm直径,橙色或红色球体,最大直径也可能1m 存在时间为百分之几秒到几分钟,通常为3-5秒,辐射功率小于200W,有臭氧,NO2,或硫磺气味.4 联珠状雷电很少见的一种闪电,有人人为他是由一群球雷组成10雷电的空间分类: 云内闪电, 云际闪电, 云地闪电(落地雷,直击、雷)11地闪:雷云与大地的放电即:云地放电.多以线状形式出现,雷云与大地的放电中,90%为负极性雷击;放电过程为,向下移动的负极性先导激发,向地面输送负电荷;10%为正极性雷击; 放电过程为,下行先导激发,先导携正电荷,向地面输送正电荷12 先导放电: 放电开始时,其微弱的发光通道以100-1000km/s的平均速度,以脉冲的形式向地面延伸,形成阶梯先导,每段长度为25m;时间为50us;表现为树枝分叉状.分枝状的先导放电通道往往只有一条放电分枝能到达地面.13 枝状闪电的产生: 流柱沿着一条电阻最小的通道前进,遇到阻力时便随时改变前进的路线,于是空间出现不同枝状的闪电14滚球半径:从梯级先导通道前端向四周探索的10-100m长臂,这个长臂的臂长叫击距或闪击距离,标准叫滚球半径. 或者说:击距，定义为先导头与被击中物在最后一个间隙产生击穿电场瞬间的距离，或者说是，当被击物产生上行连接先导时，下行先导与被击物间的距离。
第五章雷电放电特性及防雷设备
第五章 雷击放电特性及防雷装置5.1 雷电放电过程会引起破坏作用的雷云对地放电的绝大多数（80%以上）是负极性的。
雷电多重性（先导、主放电、余光放电）一、先导（梯级先导）第一次先导的梯级性是负先导本身的发展特点所决定的。
每一梯级长度平均50m ，梯级间歇时间10～100us 平均50us 。
cv 10001=先导通道具有良好的导电性，带有与雷云同极性的多余电荷 二、主放电、闪电、雷鸣、雷电的破坏性先导接近地面。
在漏道端部因出现高场强，使空气强烈电离而产生高密度的等离子区。
→自下而上，高电解的等离子体通道。
t=50～100us ，i =几十千安～几百千安201(=v ～21)c 温度 2万℃以上三、余光放电连续先导——直串先导5.2 雷电参数及雷电活动特性电流Rvi zz +=0σ，R<30Ω，雷电通道波阻抗Ω>3000z .即R 《z 0，则v i σ=雷击过电压dtdi L iR u ⋅+=我国“电力设备过电压保护设计技术规程” 1、雷电流峰值 108lg IP -= (式5-3)54lg IP -=，少雷区2、雷电流波形 波长时间2.6us 形状：斜角形usKA Idtdi a /6.2==（式5-4）半余弦波头)cos 1(2wt Ii -= （式5-5）3、雷电日 雷电小时强雷区 平均雷电日>90 多雷区 平均雷电日>40 少雷区 平均雷电日>154、落雷密度γ（每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数） 0.015 次/⋅Km 2雷电日 次数 Th N ⨯⨯=100100010γ(Th b N ⨯⨯+=10010004γ次/100km 年)若T=40，γ=0.015代入则N=0.6h 次/⋅km 100年5.3 避雷针和避雷线（直击雷保护措施）我过规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言的。
绕击：雷电绕过避雷装置而击于被保护物的现象。
（屏蔽失效引起） 反击：避雷针与被保护物之间的间隙击穿。
防雷防静电.ppt
• 3～10kV柱上断路器和负荷开关用阀型避雷器或空气间隙保护。 • 在多雷区或易遭受雷击的地段，直接与架空线相连的电度表一
般用空气间隙保护。
14
防雷
❖ 其他设备的防雷
▪ 变压器－电弧炉组 ▪ 高压并联电容器 ▪ 直配直流电气设备及直流牵引网络 ▪ 架空线路中连接的电缆线路
件之间等都可产生摩擦。此外，当人体靠近带电物体时，也会感应出
大小相等、符号相反的电荷以及带电颗粒的吸附，所有这些都是人体
产生静电电荷的诱因，进而通过传导和静电感应, 最终使人体呈带电
状态。
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防止静电危害
❖ 静电的特点
▪ 静电的电量小，静电电压高。一般电量只有微库或毫 库级，但由于带电体的电容量很小，则电压很高。如 橡胶行业的静电电压高达几万伏，甚至十几万伏。
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防止静电危害
❖ 静电的产生
▪ 摩擦产生静电
• 根据两种物质对电子的束缚能力，将各种物质依次排成序列。 这个序列，就是静电序列。序列前后两种物质接触时，前者带 正电，后者带负电。带电极性等情况还与温度、杂质等因素有 关。
▪ 破断起电
• 不论材料破断前其内部电荷分布是否均匀，破断后均可能在宏 观范围内导致正负电荷分离，产生静电。这种起电称破断起电。 固体粉碎、液体分裂过程的起电都属于破断起电。
防雷
❖ 雷电的形成及种类
▪ 1752年美国科学家富兰克林通过在雷雨天气将风筝放 入云层，第一次揭示了雷电只不过是大气中的空气间 隙放电现象。
▪ 根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器。 通常大地稳定地带负电荷50万C左右，而地球上空存在 一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电 的电容器，它们之间的电压为300KV左右，并且场强为 上正下负。
防雷常识1
四、防雷十招
招数七：不宜在旷野高举物体
在近雷暴天气条件下，不仅高打雨伞容易遭雷击，就是高举羽毛球拍 、高尔夫球棍、铁锹、锄头等物体都会带来雷击的危险。在旷野高打雨伞 等物体容易诱发雷击的原因主要是：人体本身就已经是一定范围内的突出 物体，容易成为雷击的目标，再高举雨伞等物体，则使人体的有效高度增 加，使雷击具有更明确的选择性。然而，下雨天又是在旷野中，打雨伞挡 雨是人之常情。但是必须记住如果当看见闪电后立即听到雷声，说明正处 在近雷暴的环境中，应该停止行走，低打雨伞并两脚并拢立即下蹲。即使 没有雨伞，也不宜飞跑狂奔，待到雷声逐渐远去，才可迅速寻找安全的场 所避雨。
四、防雷十招
招数五：不宜进入棚屋、岗亭等没有防雷装置的 低矮建（构）筑物。
因避雨躲进就近低矮的草棚、小屋、岗亭而遭雷击身亡大约占每年雷
击伤亡总数的30％左右。由于这些低矮的建筑物没有防雷装置且大都处在 旷野中，是开阔地面上较高的突出物，容易成为尖端放电的对象而吸引闪
电先导，遭受雷击的概率也就特别高。
一、雷电常识
2、雷电的破坏
雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云 和空气间的电位差达到一定程度（25～30kV/cm）时，所 发生的猛烈放电现象。通常雷击有三种形式，直击雷、感 应雷、球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间 发生迅猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以后，云层 带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部 高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围 的导线或金属物产生电磁感应发生高电压、而发生闪击现 象的二次雷。球形雷是球状闪电的现象。
二、防雷方式
4、避雷网防雷电
避雷网分明网和暗网。明网防雷电是将金属线制成的网，架在建（ 构）筑物顶部空间，用截面积足够大的金属物与大地连接的防雷电。暗 网是利用建（构）筑物钢筋混凝土结构中的钢筋网进行雷电防护。只要 每层楼的楼板内的钢筋与梁、柱、墙内的钢筋有可靠的电气连接，并与 层台和地桩有良好的电气连接，形成可靠的暗网，则这种方法要比其他 防护设施更为有效。无论是明网还是暗网，网格越密，防雷的可靠性越 好。
雷电的形成机理及特征
第一节雷电的形成机理雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象，对人类的生产和生活有着巨大的影响。
那么，我们先从认识雷电谈起。
我国古籍中，有关雷电理论的记载十分丰富。
例如东周时《庄子》上记述：“阴阳分争故为电，阳阴交争故为雷，阴阳错行，天地大骇，于是有雷、有霆。
”这些学说与现代的雷电学说是如此相似，不过它比现代雷电学说要早2000多年。
在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。
南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述：“凌云台南角一百步，有白石室，名避雷室。
”又有盛弦之《荆州记》中记述：“湖阳县春秋蓼国，樊重之邑了，重母畏雷，为立石室，以避之，悉之文石为阶砌，至今犹存。
”书中谈及的白石、文石，据分析应该属于绝缘性能较好的石块。
至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代称枨杆）等措施以避雷。
在古籍中关于雷击事故的记述就更多了，例如在《续晋阳春秋》上记述：“太元五年，霹雳含殿四柱，杀内侍二人。
”《晋安帝记》上记述：“义熙三年六月，震太庙鸱尾，彻壁柱，若有文字。
”《晋中兴书征祥说》上记述：“元兴三年，永安王皇后至住巴防，将设威仪入宫，天大雷震，人马多死。
”《沈括•梦溪笔谈》上记述：“内侍李舜举家为暴所震，其堂之西屋雷火自窗间出，赫然出檐。
人以为堂屋已焚，皆出避之。
及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆默。
有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银铝者，银悉容流在地，漆器不燃灼。
有一宝刀，极坚刚，就刀室中容为汁。
而室亦俨然。
人必谓：当先焚草木，然后流金石，今乃金石皆烁而草木无一毁者，非人情所测。
《齐书•五行志》：“永元三年正月，豫章郡，天火烧三千余家。
”以上只是我国古籍关于雷电灾害中的点滴摘录，当然它与现代雷电理论和防雷技术相比还有差距，但是从历史观点来看，我们的祖先能够在那么早的年代里就创造出那样完整的雷电理论，并且在技术上得到应用，这是我们民族光辉灿烂文化历史的一页。
1.1 雷电的特征雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象，同时伴随有雷声，具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。
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Ｋｅ ｒ ｓ： ｈ ｔｉｎｚ ｔ ｎ；ｈ ｒｅｄ ｎ ｉ ；ｉｇｉｇｗａ ｅｏｍ； ｘｍｕ ｌ ｈｎｎ ｕｒ ｎ ｔｅ ｎ ｓ ； ｅ ｋ ｙ ｗｏ ｄ ｐ ｏｏｏ ｉａｉ ｃ ａｇ ｅ ｓｔ ｌ ｔ ｖ ｆｒ ｍａ ｉ ｍ ｉ ｔｉｇ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｐ ｅ ｓ ｐ ａ ｏ ｙ ｎ ｎ ｇ ｓ
１ 引 言
雷 电流 的陡度 （ ｉｄ ） 人 们 对 雷 电流 研 究 工 作 ｄ／ ｔ 是
电子 、 自由基及 具有 高 反应 活性 的 中性 成分 ， 电通 道 雷
相 当于一条充满 了各种离子 的等离 子气体沟 ， 着各 进行
种 复杂的 电离反应 。 电离方 式主要有三种 ： （） １ 碰撞 电离
生 的电子可 能在各 处 出现 ， 就 解 释 了雷 电分叉 和 不 这
Ｓ＋倒。。 （ 。。 ｎ 一 ｎｔ） ，
（） ５
Ｓ ）是光 电离项 。光 电离表 示如下 ： （
ｓ ）＝ ） 。 （ （ （ 忍 （ 。 ） ）
０ 光 电离 系数 ， 研 究 电子 、 是 在 光子 级联 问题 时 ，
＜ 电气开关＞ ２１． ｏ４ （０ １Ｎ ． ）
２ ｌ
文章 编号 ：０ ４— ８ Ｘ（ ０ １ ０ ０ ２ — ４ １０ ２ ９ ２ １ ）４— ０ １ ０
雷 电先导 中光 电 离效 应 加 速 雷 电流 上 升 率 的 机理 研究
王锟 ‘马莉莉 王 巨丰 ， ，
（．湖 南省 电力公 司株 洲 电业局 ， 南 株 洲 ４ ２ ０ ；．广 西大学 电气工程 学院， １ 湖 １０ ０ ２ 广西 南宁
要用到 随机 过程 ， 引入 电离 的系数 ０ 它包 括 了光子 的 ，
连续现象 ， 明了雷电放 电扩展速度大于电子雪崩 也说 扩展速 度的原 因 。 若光子能量很高 ， 将在物质中断续地 ， 即级联地经 过 多次 电磁 作 用 产 生 大 量 电子 、 电子 及 光 子 现 象 。 正 这些产生出来的次级电子、 正电子及光子 ， 只要能量够 高， 就会继续 上述 的过 程 ， 到 放 出 的 电子 、 电子 及 直 正 光子 能量低 到被 物 质 吸 收 为 止 。假 设 第 １级 数 量 为 ， 的光子作用后 ， ｌ 。 产生光子 电子数量为 ｎ ， ２级由 第 ｎ 个 光子 电子参 与电离 ， 光 子到 离 子产 生 为级联 随 ２ 从
波亦如 此 。 实质上 雷击时 ， 云层 中电场达 到临界强 度 ２ ｋ ／ ｍ ５Ｖ ｃ
气体原子吸收光子 能量 砌 而产生 的电离。气体 放 电中光 电离 的作 用 非 常 重要 ， 它是 气 体 击 穿过 程 中 的一 个基 本 环 节 ， 实 际 工 作 中经 常利 用 这 种 效 应 。 在 在实际工作 中经常利用这种效应 。例如， 利用光照射 放 电间隙 ， 改 善伏 秒 特 性 ； 冲击 电压 发 生 器 中 ， 来 在 用 光照 射间 隙 以改 善 同步性 能 ； 激光 技术 中 ， 也常用 光来 使 激光介 质 予 电离等 ｕ 。
近实际放 电波形 。
表 示在一个 随 电子 一 起运 动 的坐 标 系中 的导 数， 也就是 沿 曲线 一 ｅ＝ ｖｔ ｃ的坐标 。这些 曲线称为 方
程（ ） ３ 的特征 线 。于是方 程 （ ） 以写为 ： ３可
ｘ［（ ｐ
）‘ ｄ］
（） ４
２ 光 电离 数 学模 型
雷 电放 电时 ， 气体 中 的 电子 在 电场 作 用 下形 成 电 子雪 崩 ， 电位梯度 达几 十 ｋ ／ｍ， 激 粒 子 多 ， 成 主 Ｖｃ 受 形 放 电前的预 电离空 间 ， 实验室 中火花 预 电离 一样 ， 与 预
ｌｂ ｍａｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｓｍｕｌｔ ｎ ｏ ｉｈｔｉ ｇ ｄｉｃ ａ ｇ ｈ ｒ ｅ ｄ ｎ ｉ ｈ ｎ ｅ ， ｕ ｒ ｎ ｉｔ ｒ ｒ ｔｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｇ ｓ ａ ｔ ｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ， ｉ ａ ｉ ｆ ａ ｌｇ ｎ ｎ ｓ ｈ ｒ ｅ ｃ ａ ｇ ｅ ｓｔ ｃ ａ ｇ ｓ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｅ ｐ ｅａ ｉ ｆｔ ｅ ｌｒ ｅ ｔ ｃ ｏ ｙ ｏ
机过程 。 因此 光 电离 效应对 于雷 电流 的迅速上 升有极
吸收与电离。而 ０ Ｎ ， ＝ ａ Ｎ取 ５ 根据碰撞电离所需电 ， 离能与光电离所要电离能之 比， 得出光电离率是碰撞 电离系数至少 ５ 倍。
所 以， 电离式 为 ： 光 ． ）＝ ａ 。 ｓ （ Ｎ ｎ
在计算 电子 密度 分 布 时 ， 雷 电通道 看成 一 长度 将 为 １０ 的导体 ， ０ｍ 主放 电速 度 取 ｃ 。设想 在 ‘ ＝０时 ，
ｍｉｅ ｓ ｅ ｏ ｅｄｓｈ ｒｅｏ ｉ ｆ ｒａｐ ｒ ｄｏ ｉ ｅｏｅ ｔｅｐ ａ ｎ ｔｅｄｓ ｈ ｒｅｒｔｅ ａ ｅｂ ｇｎ ｉｇ ｎ －ｔ ｐ ｆｒｔ ｉｃ ａｇ ｆａｔ ｅ ｈ ｍｅａｔ ｅｉ ｆ ｍｅ ｂ ｆｒ ｅ ｋ ｉ ｈ ｉｃ ａｇ ａｈ ｒｔ ｎ ｔ ｅ ｉｎｎ 。 ｅ ｏ ｔ ｈ ｈ ｈ
然而光电离不仅可由外来人射光的作用而产生 ， 也可 由气 体放 电内部 的光辐 射而产 生 。上述方程 忽略 气体 内部 的光 电离作 用 ， 文在 粒 子连 续 方程式 中加 本
人 光 电离项 Ｓ ） 出了下列 的方程 ： 耗在产生的光子上¨ 所以雷电先 引， 导阶段出现有微弱发光现象 。预电离为主放电阶段的 气体光电离提供了所需要的光子。光子的速度不像 电 子在气体中的迁移速度那样受气压的影响 ， 光电离产
能量大的带电粒子与气体原子碰撞进行能量交换 ， 从
而使 气体 电离 。
（ ） 电离 ２光
文献中计算雷电感应过电压最常使用的双指数函数雷 电波 形 ， 陡度是 由大 变小 的 ， 即在 雷 电放 电开 始 时 陡度最 大 ， 完全不 符合 实 际雷 电放 电波 形 ， 工 程计算 在 中 已无 法真 实 的体现 雷 电引 起 的 电磁 干扰 水 平 ， 角 斜
已知 ｎ０则 ： ｅ，
ｐ 。 ） ［（ 一 ］
ｐ
（） ６
大的促 进作 用 。 本文 以粒子 连续方 程为基 础 ， 入光 电离项 ， 造 加 创 性 地搭建 了光 电离条件 下 的雷 电电荷密 度数学模 型 。 １７ ９ １年 Ｄ ｖ ｓ 算 了大 电流的 发展 ， 电子 和离 ａｉ 计 ｅ 将 子 的密度变 化 由粒 子 的连续方 程表示 ¨ Ｊ ：
Ｇ ａ ｇ ｉ ｎｖ ｒ ｔ， ａ ｎｎ ３ ０ ４， ｈｎ ） ｕ ｎ ｘ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｎ ｎ ｉｇ５ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｃ ｎ ｉｅｅ ｈ ｈ ｔｉｎｚｔ ｎ ｉ ｈ ａ ｉｃ ａｇ ， ｓ ｄｃ ａ ｅ ｓｔ ｅ ｕ ｔ ｎ，ｓ ｂｉｈ ｄ Ｍａ－ ｓ ｒ ｃ ： ｈｓ ａ ｅ ｏ ｓｄ ｒｄ ｔｅｐ ｏｏｏ ｉａｉ ｎｔｅｇ ｓｄｓｈ ｒｅ ｌ ｔ ｈ ￣ｅｄ ｎ ｉ ｑ ａｉ ｅ ｔ ｌ ｅ ｔ ｏ ｉｅ ｙ ｏ ａ ｓ
在 方程 的计 算 中 ， 电场 强 度取 雷 电击穿 时的 临界
场强 ２ ｋ ／ ｍ， 压取标 准 大气压 ７ ０ｏｔ ５Ｖ ｃ 气 ６ ｔｒ 。
３ 仿真计算
下关系 ：
而 电子碰撞 电离最 大几率 则 发生在 电子 能量 为 ５一ｌ ０
倍 原子 电离 能范 围内 ， 这是 光 电离 与碰 撞 电 离 的显 著
ａｐ ７５ｅｐ 一 ７ （ ／ ） ］ ／ ＝ ．６ｘ ［ ２２ Ｅ ｐ
方程 （ ） 以写 成 １可
Ｄｎｅ
＝
差别 。０ 分 子 电 离 能 为 １． ｅ Ｎ ２５Ｖ， 分 子 电离 能 为
中最关 心 的一 个参 数 ， 对 雷 电 感 应 过 电压 大小 有 直 其
接 影响 。陡度 越大 ， 产生 的过 电压就 越大 ， 电气设 备 对
气 体 中的带 电粒子 在 电场 中加速 获得 能量 。这些
及输 电线 路造 成的危 害也 越 大 ¨ Ｊ 。近 年来 观 测得 到
大 多数 的第 一次 主放 电电流 波形 在其 上 升到 幅值 之前 时 比较缓 慢 ， 而 瞬 间到 达 最 大 值 。 而 目前 在 各 种 继
量离子， 形成高浓度的等离子体 ， 其中含有大量的光子 、
的动能 ， 相互之间的碰撞 会使原子中的电子获得足够
＜电气开关＞ ２ １． ｏ４） （０ １ Ｎ ．
大能量 ， 旦超过 电离 能就 会 产 生 电离 。大 电 流放 电 一
时， 等离子体 温度很 高 ， 由热运 动引起 的 电离将起很重 要 的作 用 。 以上三种 电离方 式 中光 电离 对于雷 电流迅 速上升 起 着很 重要 的作 用 。实 验 结果 表 明 ， 电 离最 大几 率 光
出现在 光子 能 量 比原 子 电 离 能大 ０ １～ｌＶ范 围 内 ， ． ｅ
鲁＝ ＋（ 。 ｎ ）
式 中 ， ／ 是 电子及 正离 子的密 度 ； ／ ／ ７ ， ， ＋ 及正 离子 的漂移速 度 。
（ ２ ）
是 电子
ｃ 和 电离系数 是气 压和 电场强度 的函数 ，有如 。
（ ） 电离 ３热
左右， 在放电通道 雪 崩头 部形 成 强 电离 放 电 电场 ， 电子 平 均能量增 大 ， 大部 电子 具 有 的能 量 达 到 或 大 于 ０、 Ｎ
原 子电离能 ， 能把放 电通 道 中的大部分气 体 电离生 成大
在 高温下 ， 体质 点 的热运 动速 度很 大 ， 有很 大 气 具
中图分类 号 ：Ｍ８ Ｔ ６
文献 标识 码 ： Ｂ
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Ｔｈ ｅ ｈ ｎ ｓ ｓ ａ ｃ ｆＰｈｏ ｏ ｏ ｚ ｔｏ ｃ ｌ ｒ ｔｎ ｈｅ ｅ Ｍ ｃ ａ ｉｍ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｉｎｉａ ｉ ｎ Ａｃ ｅｅ ａ ｉ ｇ ｔ Ｒａ ｅ ｏ ｇ ｎｉ ｇ Ｃｕ ｒ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ｉ ｇ ｔ ｉ ｌｔ ｔ ｆＬｉｈｔ ｎ ｒ ｅ ｔＩ ｃ ｅ ｓ ｎ Ｌｉ ｈ ｎ ｎｇ Ｐｉｏ