第一章 雷电的基本理论

②带状闪电：比线状闪电要宽几百倍，看上去像一条亮带，该闪电比较少见。
③片状闪电：指出现在 天空中的无一定形状的 亮光。
④联珠状闪电：
※联珠状闪电多出现在强雷暴期间，并常紧接着一次线状闪电
之后出现在原通道上。 ※联珠状闪电的亮斑有时为一串发光球体，看上去象悬挂在空 中的一长串珍珠，有时则为许多长达几十米的发光段，这些 亮斑一般较暗淡。 ※联珠状闪电的持续时间较线状地闪长得多，熄灭过程也较缓 慢。
五、雷电放电的危害形式 4、雷电过电压侵入 （闪电电涌）；
由于雷电对架空 线路或金属管道 的作用，雷电波 可能沿着这些管 线侵入屋内，危 机人生安全或损 坏设备 。
●2007年
5月23日下午4点多，重庆开县义和镇兴业村小 学学生被雷电击中，造成7名小学生死亡、44名小学生受
伤，其中5人重伤。
●2007年6月4日广东省罗定市一林场工区发生雷击伤
人事故，造成5人死亡3人受伤。
2013年4月28日，什邡市 上空雷声大作，一场雷雨 倾盆而下。11时40分左 右，一道闪电划过天空， 电光火石间闪电将在地里 劳作的村民杨其禄击中， 其半边身体被烧焦，一股 青烟冒起，老人当场倒身 亡。
⑤球状闪电：
☆球状闪电：特指雷暴过程中所发生的一种运动着的发光球。 ☆一般认为球状闪电就是一个等离子体球典型的球闪有桔子或 小柚子那么大，其直径约为20-30cm，辐射功率小于200W。 ☆可以呈现红色、桔黄色、亮白色、蓝色、甚至可以是绿色。
（2）按空间位置分 按闪电的空间位置来分：可将其分为云闪和地闪。 •地闪又称为云地闪电； •云闪又分为云内闪电和云际闪电。 （3）按放电云层带电性质分： •正闪电：带正电荷的云层对地间的放电。 •负闪电：带负电荷的云层对地间的放电。
雷电危害的领域
•
航空、航天
•通讯、广播
•电力、电子、信息、铁路、建筑
• 林业、农业、家畜
2002.7.28大兴安岭森林雷击火灾历时20多天，先后出现大小15个火场、几十个火点， 火灾面积2万公顷，1.6万余人参加了扑救工作。——新中国成立以来最大的森林火灾。
18世纪中叶美 国科学家富兰 克林通过大量 实验（风筝引 雷电）建立了 雷电学说，创 立了避雷理论， 发明了接闪杆。
•3b：向下先导有回击的正闪电；
4a：向上先导无回击的正闪电； 2b：向上先导无回击的负闪电；
4b：向上先导有回击的正闪电；
三、闪电的电荷量
• 闪电的电荷：一次闪电中正、负电荷中和的数量，它反映了一次闪电 放出的能量。 • 雷电的破坏性：在极短的时间内（几十个μS）将雷云蕴藏的能量释放 出来，瞬时功率巨大。但其能量却很少。
地闪的类型（八类闪电）：
无回击的闪电记做a，有回击的闪电记做b ,
无回击的闪电：只沿着先导方向发生电荷中和的闪电； 有回击的闪电：当发生先导放电之后还出现逆先导方向放电的现象。
•1a：向下先导无回击的负闪电；
•2a：向上先导无回击的负闪电；
•3a：向下先导无回击的正闪电； •1b： 向下先导有回击的负闪电；
先驱放电的特点：开始产生的先驱放电是不连续的，为分支状，通常只 有一条放电分支到达大地。
第二节 雷击闪电的特性
一、雷电流的特性
雷电的特性：通过先驱放电所开辟的狭小电离通道在极短的时间（几十μs） 发生猛烈的电荷中和，产生巨大的瞬时功率（可达1011W)，强烈的高温（可 达30000℃以上），发出强烈的闪光和震耳的轰鸣。 1、雷电流的特性： •电流峰值大，一般为几十KA至几百KA； •电流峰值与土壤电阻率成反比； •雷电流大多数是重复的，一次雷击通常包括3－4次放电，第一次放电是由雷 云最低层发出。
• 波头时间：双指数函数曲线峰值的左边部分。很 陡，时间为零点几μs到 十几μs（tf)。 • 波长时间：雷电流从开始到下降为幅值的一半的 部分。(tn) • 常见的雷电流波形：8/20 μs、1.5/40 μs、10/700 μs波形。 结论：雷电流主要分布在低频部分，且随着频率 的升高而递减。90％以上雷电能量分布在频率为 10多KHZ以下。
三、尖端放电与雷击 1、尖端放电：
电子总是分布在金属体的最外层表 面，金属体的尖锋部分电子相互排斥 力最强，最易被排斥而离开金属体。
2、雷电（雷击）的形成：
当天空中有雷雨云时，由于其带有大量的电荷，因静电感应就会在 其下方的地面或物体上感应上异性的电荷，形成相应的电场，当该电场 强度大到一定强度的时候，雷云就会对大地上的突出物进行先驱放电， 当先驱放电到达大地以后，就开始主放电，这就形成了雷击。 先驱放电：少数带电的云粒（或水成物）在大电场的作用下，向地面靠 拢的现象。
• 雷云的形成（感应起电学说）
当地面含水蒸气的空气受热而 上升，产生向上的气流。气流上升 的过程中温度会不断下降而液化形 成雨滴和冰雹（称为水成物)，该 水成物在重力作用下下落与云粒子 （云滴和冰晶）发生碰撞。使云粒 子的负电荷与水成物正电荷中和， 云粒子正电荷被排斥上移，在上升 气流的作用下，分离的作用更加明 显，最后形成总体上为上部为带正 电的云粒子，下部为带负电的水成 物的带电云层，形成了雷云空间电 场，该电场与大地电场方向一致， 使大气中的水成物极化更厉害，使 雷云发展得更快。如下图所示。 • 大气电平衡：如图所示。
雷击案例
●1989年12月12日，青岛市黄岛油库5号油罐遭雷击爆炸，大
火烧了60小时，火焰高300米，烧掉4万吨原油，烧毁10辆消 防车，使19人丧生，74人受伤，还使630吨原油流入大海。
• 2004.6.26,浙江临海市杜桥镇杜前村30人在树下避雨,不幸 惨遭雷击,造成17人死亡,13人受伤.
二、闪电及其分类
1、闪电：由于雷雨云中不同部分之间聚积着不同极性的电荷，当积累到一定 程度时，就会在云的不同部分之间、不同云团之间、云团与地之间产生很强的 电场，从而将云内、外的大气层击穿，在云的不同部分之间、不同云团之间、 云团与地之间产生瞬时强火花放电，这就是闪击。
2、闪电的分类 （1）按闪电的形状分 闪电按形状可分为线状闪电、带状闪电、片状闪电、联珠状闪电和球 状闪电。 ①线状闪电：它是闪电中最常见，放电较强烈的一种。形状为一种蜿蜒 曲折枝杈纵横的线条状亮光，类似树枝状。
雷 电 灾 害 调 查 与 鉴 定
防 雷 雷 电 工 灾 程 害 的 调 设 计 查 与 鉴 施 定 工
相应组织机构及任务分工
• 防雷中心：防雷装置设计审核、防雷装置竣工验 收检测、防雷装置安全检测、雷击风险评估、雷 电灾害调查与鉴定、防雷新技术的研发应用。 （防雷技术服务） 气象台：雷电监测预警。（防雷技术服务） 政策法规处：防雷行政管理。 防雷公司：防雷工程的设计与施工、防雷产品的 研发与生产。（防雷市场经营）
说明：1、雷雨云大致有三个电荷集中区， 最高集中区为正电荷，中区为负电荷，最低 区为正电荷（该处电荷很少）； 2、雷云中电荷分布状况、电荷集中区 的高度、云体尺度大小都与地区特点有关， 对不同地区可能会出现较大得差异。 3、雷云形成的三个条件：第一，空气 中必须含有充足的水蒸气。第二，地表温度 较高，能形成上升气流。第三，空气能流动 （有风）。
2、感应雷击：主要是指静电感应和电磁感应。 闪电静电感应（lightning electrostatic induction ）： 由于雷云的作用， 使附近导体上感应 出与雷云符号相反 的电荷，雷云主放 电时，先导通道中 的电荷迅速中和， 在导体上的感应电 荷得到释放，如没 有就近泄入地中就 会产生很高的电位
• • •
课程学习内容
• • • • • • 雷电的基本理论 雷电的破坏作用和避雷原理 避雷装置和避雷元件 接地装置 建筑物的防雷设计 建（构）筑物防雷装置竣工验收检 测 • 建筑物电子信息系统防雷装置的常 规检测
第一章 雷电的基本知识 教学目标：
• • • • • • • 了解雷电的作用 掌握雷击的主要形式和各自特点 掌握雷云的形成过程 掌握雷电的形成过程 了解闪电的类型 掌握雷电活动的规律 了解雷击的选择性
四、雷电波的频谱分析
1）一次闪电放电的过程（如图） • 先导放电；
• 主放电；
• 余辉放电； 2）雷电流的波形（图1.14）
•
特点：雷电流随时间以近似指数函数规律极快的上升到峰值，然后 由以近似指数函数规律下降。 • 表征雷电流的参数：幅值（峰值）、波头时间、波长时间 。

波头和波长严格定义
如图，先由纵轴上的0.1、0.9、和 1.0 三个刻度作三条横轴 的平行线，前两条平行线分别与波形曲线的头部分相交于A、B 两点，过A、B两点作一条直线,该直线与第三条平行线和横轴分 别相交于C、D 两点，由C点 引横轴的垂线, 其垂足E点与 D点之间的时间即定义为 波 头时间,用 t1 表示。为了定义 波长时间, 再由纵轴上0.5刻 度作横轴的平行线,该平行线 与 波形曲线的波尾部分相交 于F点, 从F点引 横轴的垂线, 垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用t2表示。由于波 长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间, 它习惯上也被 称为半幅值时间。在定义了波头和波长时间后, 单极性雷电流脉 冲波形可计为t1/t2, 这里t1和t2一般采用s作单位。
闪电电磁感应（lightning electromagnetic induction ）： 由于雷电流 迅速变化在 其周围空间 产生瞬变的 强电磁场， 使附近导体 上感应出很 高的电动势
五、雷电放电的危害形式
3、电磁脉冲辐射；
电磁脉冲辐射 是指雷电流经 电阻、电感、 电容耦合产生 的电磁效应， 包含闪电电涌 和辐射电磁场 效应。
• LC传输线分流型避雷器的基本工作原理
雷电流：100KHZ以下，LC对其衰减大； 电视信号：几十兆赫兹以上，LC对其衰减小。
感抗XL=2πfL
容抗XC=1/2πfc
C
L
C
五、雷电放电的危害形式
1、直接雷击:闪击直接打在建筑物、其它物体、大地或