雷电过程与雷电参数(精)
雷电的产生及参数;雷电冲击击穿培训资料
1 ，击穿电压分散性也较大。
思考作业
6-3、2-10
5、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度γ指每个雷电日每平方公里的地面上 的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）
我国标准对Td=40的地区，取
输电线路年平均遭受雷击的次数
N10 h100T 单位：次/100公里•年
1000
运行经验表明：土壤电阻率 较周围土地小得多
的场地、山谷间的小河旁、迎风的山坡等，地面 落雷密度远大于平均值，称为易击区。变电站或 线路选址时应考虑避开这些地区。
定义： 在多次施加某一波形和峰值一定的冲击电压时， 间隙被击穿概率为50％时的击穿电压。
实际中，施加10次电压中有4-6次击穿了，这一电压即可 认为是50％冲击击穿电压。
特点： 与电场均匀度有关
(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散 性小。冲击系数
U 50 1
U0
(2)在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数
➢ 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tf<<ts，放 电时延主要取决于ts。为减小ts： ❖ 可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加 ❖ 可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子
➢ 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大。
冲击放电特点： 具有放电时延；Ub>U0
1、完成气隙击穿的三个必备条件：
➢ 足够大的电场强度或足够高的电压。 ➢ 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效 电子。 ➢ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。
完成击穿所需放电时间很短（微秒级）：
➢直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条 件不成问题； ➢ 当所加电压为变化速度很快、作用时间很短的冲击电压时， 因有效作用时间短，放电时间就变成一个重要因素。
雷电和雷电流参数
雷电和雷电流参数
§2.1 雷电活动参数 2.1.1.1 雷暴日 表征不同地区雷暴日活动的频繁程度。 （1）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。 • 月雷暴日：一个月内雷暴的天数，单位：d • 季雷暴日：一个季度内雷暴的天数，单位：d • 年雷暴日：一年中雷暴的天数，单位：d （所有雷暴日都不能反映一天中雷暴发生多少次或雷暴持续时间） （2）月平均雷暴日：月雷暴日的多年平均结果，单位：d 季平均雷暴日：季雷暴日的多年平均结果，单位：d 年平均雷暴日：年雷暴日的多年平均结果，单位：d
雷击距与雷电流幅值关系的经验公式 (式2.31)：
ds bImc
式中，ds 雷击距，m Im 雷电流幅值，Ka b 、c 常数，由实测数据确定
G() 6AIm (1 j)4
图2.17
图2.7
对于图2.8
t t
u(t) AUm (1 e 1 )e 2
A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s
图2.8
它的频谱函数为（式2.21）：
G()
AUm
1
2
1
UL 是恒压负载两端的保护
元件动作之后的残压
W P(t)dt
是恒压负载吸收的瞬时功率
参看书第32页下面的式子 参看书第33页的表2.7
2.2.3.2 频谱分析
对于图2.7
i(t)
AI
mt
3e
t
式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s
它的频谱函数为（式2.20）：
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。
雷云发电和雷电放电过程
雷云的产生和雷电放电过程1.1.1 雷电发生机理雷电是由雷云放电引起的，关于雷云的聚集和带电至今还没有令人满意的解释，目前比较普遍的看法是：热气流上升时冷凝产生冰晶，气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云；较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降，它们在重力作用下下落的速度大，并在下落过程中与其他水份粒子发生碰撞，结果一部分被另一水生成物捕获，增大水成物的体积，另一部分云粒子被反弹回去，这些反弹回去的云粒子通常带正电荷，悬浮在空中形成一些局部带正电的云区，而水生成物带上负电荷。
由于水成物下降的速度快，而云粒子的下降速度慢，因而正、负电荷的微粒逐惭分离，最后形成带正电的云粒在云的上部，而带负电的水成物在云的下部。
整块雷云里边可以有若干个电荷中心。
负电荷中心，离地大约500~10000m。
它在地面上感应出大量的正电荷。
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（大气中约为30kV/cm，有水滴存在时约为10kV/cm）时，就会发生云间或对大地的火花放电。
雷电放电包括雷云对大地，雷云对雷云和雷云内部的放电现象。
大多数雷云放电都是在雷点与雷云之间进行的，只有少数是对地进行的。
在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电，如图1-1所示。
图1-1云对地放电（用彩色）雷云对大地放电通常分为先导放电、主放电和辉光放电三个阶段。
云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展，以逐级推进方式向下发展。
每级长度约10~200m，每级的伸展速度约107m/s，各级之间有10~100µs的停歇，所以平均发展速度只有（1~8）×105m/s，这种放电称为先导放电，如图1-3所示。
当先导接近地面时，地面上一些高耸的物体（如塔尖或山顶）因周围电场强度达到了能使空气电离的程度，会发出向上的迎面先导。
当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流（数十到数百千安），伴随着雷鸣和闪光，这就是雷电的主放电阶段。
005雷电及防雷设备
高电压技术
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第一节 雷电放电和雷电参数
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一、雷电及雷电放电过程：
㈠ 雷电的产生：
雷电放电起源于雷云的形成，为了更好的理解雷电 放电的某些特性，我们来大致地了解一下雷云的形成机 理。
1、雷云的形成： ⑴ 热雷云： 地表潮湿空气，受热上升；形成湿热气流的水份在
2——5km的高空受冷凝结为悬浮小水滴；小水滴集聚成 大面积的乌黑积云。这类云荷电后称为热雷云。
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一、避雷器保护原理和基本类型
3、基本要求： ⑴ 能瞬时动作。
⑵ 能自行迅速截断工频续流。
工频续流：避雷器在冲击电压作用后流经间隙的工频 电弧。即过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生 的工频电弧电流。
⑶ 具有平直的伏秒特性曲线。 ⑷ 具有一定的通流容量，其残压应低于被保护物的 冲击耐压。
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2、两支等高避雷针
上部边缘最低点o
h0
h
D 7P
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二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度
bx 1.5(h0 hx )
针间的距离D不宜大于5h。
3、两支不等高避雷针
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等效为等高的避雷针
f D' 7P
4、多支等高避雷针
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外部：分别用两针法。
内部：采用三角形法，若 满足bx＞0, 即认为多针所覆盖的全面积就受到保护。
不足15日为少雷区，超过40的为多雷区，超过90的为 强雷区。
西昌为75.6，成都36.9。
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四、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度：每个雷电日每平方公里地面遭受 雷击的次数。
表示雷云对地放电的频数和强烈程度。 我国雷暴日为40时，取=0.015，国外取值在0.1～0.2之间。
雷电参数
雷电参数
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
雷电参数
雷电参数是防雷设计的重要依据之一。
雷电参数系指雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、冲击过电压等电气参数。
1、雷暴日
只要一天之内能听到雷声的就算一个雷暴日。
通常说的雷暴日都是指一年内的平均雷暴日数，单位d/a。
我国把年平均雷暴日不超过15d/a的地区划为少雷区，超过40d/a划为多雷区。
2、雷电流幅值
雷电流幅值是指主放电时冲击电流的最大值。
雷电流幅值可达数十至数百千安。
3、雷电流陡度
雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。
雷电流冲击波波头陡度可达到50kA/μs，平均陡度约为30kA/μs。
做防雷设计时，一般取波头形状为斜角波，时间按2.6μs考虑。
雷电流陡度越大，对电气设备造成的危害也越大。
4、雷击冲击过电压
雷击时的冲击过电压很高，直击雷冲击过电压可用下式表达：
式中，UD——直击雷冲击过电压；i——雷电流，kA；RIE——防雷接地装置的冲击接地电阻，Ω；di/dt——雷电流陡度，kA/μs；L——雷电流通路的电感，μH。
如通路长度D以m为单位，则L=1.3D。
显然，直击雷冲击过电压由两部分组成（如图所示）。
图直击雷冲击过电压
（a）斜角波（b）半余弦波前一部分决定于雷流的大小和雷电流通道的电阻；后一部分决定于雷电流通道的电感。
雷电形成过程、机理及特征分析
雷电若是发生在上下两块云层之间，则被称 为云际闪电。
当这两块积雨云在空中平行相遇时，同一界 面间的异性电荷就会相互吸引，在云际边缘发生 多点大气发电现象，这就是所谓的联珠状闪电。
云内闪电
联珠状闪电
2.3.2 雷电是一种自然放电现象，按其产生 的方式及造成的危害可分为：
一般平原地区比山地雷电流大，正闪电比负闪电 能量大，第一闪击比随后闪击电流大。
高电压
闪电电荷量是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的 数量。这个数量直接反映一次闪电放出的能量，也 就是一次闪电的破坏力。闪电电荷的多少是由雷云 带电荷情况决定的，与地理条件和气象情况有关， 也存在很大的随机性。大量观测数据表明，一次闪 电放电电荷可从零点几库仑到1000多库仑，这些电 荷在微秒内瞬时放电，所以，云层对大地之间的将 电压高达几百万到几千万伏。
如果有一个带尖锋的金属球，让它带上负电，由于电荷同 性相斥的作用，球体尖锋部分的电子受到同性电荷排斥力 最强，最容易被排斥而离开金属球，这就是“尖端放电”。
地面上相对较高的建筑物，有时是避雷针，就好比金 属球上的尖锋。雷击最容易在这些地方发生。
如图所示:
2.3.1 雷电，按云层的放电部位可将其分 为以下四类：云内闪电、云际闪电、联珠状 闪电和云地闪电。
能量主要集中在低频范围
雷电流主要分布在低频部分，随频率升高而递 减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富； 在波前相同的情况下，波尾越长，低频部分越 丰富。
谢谢！
这成的样积放在云电云。 ，层就和是
大雷地击之，间一形部成分
了能一量个以电光容形器式。
地
放出,就是闪电。
雷电的基础知识
雷电的基础知识在带有不同电荷雷云之间，或在雷云及由其感应而生的不同电荷之间发生击穿放电，即为雷电。
雷电是自然界中一种特殊的、极为壮观的声、光、电现象—伴随有闪电和雷鸣的一种恐怖而雄伟壮观的自然现象。
一、雷电的成因及其特性参数⑴、雷云和雷电①雷云：能发生闪电的云为雷云。
层积云、雨层云、积云、积雨云均与闪电有关，其中积雨云则最为重要。
②闪电：积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。
当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，即“闪电”。
闪电的形状：枝状、球状、片状、带状。
闪电的形式有云天闪电、云间闪电、云地闪电。
⑵、雷电的成因①雷电：带有电荷的云层向下靠近地面时，地面上的凸出物、金属等，会被感应出异性电荷，随着电场强度的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，两者相遇即形成对地放电。
②闪电：带负电荷的雷云在大地表面会感应出正电荷，这样雷云与大地间形成一个大的电容器，当电场强度超过大气被击穿的强度时，就发生了雷云与大地之间的放电，即常说的闪电，或者说是雷击。
③雷云放电过程：雷云——雷电先导——迎雷先导——主放电阶段——余辉放电⑶、雷电的特性参数①雷电日（T）：一年中发生雷电放电的天数，(衡量雷电活动频繁的程度)。
②雷电流：雷击电流大致呈单极性的脉冲波。
主要可采用三个参数来表示，即雷电流的幅值、波头时间和半幅值时间。
③雷电过电压：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—随时间变化的雷电流kA；R—接地电阻Ω；L—雷电流通道的电感H）。
二、雷电的种类主要分为直击雷、感应雷、雷电波入侵、雷球、雷击电磁脉冲。
⑴、直击雷指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。
⑵、感应雷感应雷也称为雷电感应或感应过电压。
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先导放电阶段：虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢，先导放电阶段：虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。
路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。
主放电阶段：负电荷迅速被中和，主放电阶段：负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。
成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。
这两者之和就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。
就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。
小结获得比较广泛认同的雷云形成机理为水滴分裂起电理论。
获得比较广泛认同的雷云形成机理为水滴分裂起电理论。
水滴分裂起电理论雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。
雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。
其发展过程分为三个阶段：先导放电、主放电、余辉放电。
展过程分为三个阶段：先导放电、主放电、余辉放电。
从雷电过电压计算和防雷设计的角度来看，值得注意的雷从雷电过电压计算和防雷设计的角度来看，电参数有雷暴日及雷暴小时、雷电流幅值、电参数有雷暴日及雷暴小时、雷电流幅值、雷电流的计算波形等。
波形等。
感应雷击过电压的形成机理与直接雷击过电压完全不同。
感应雷击过电压的形成机理与直接雷击过电压完全不同。
（本节完）本节完）。